Kolreaktivering är en nyckelprocess som ger kolmaterial utmärkta adsorptionsegenskaper och ytaktivitet. Dess essens ligger i att reglera mikrostrukturen och ytkemiska egenskaper hos kolmatrisen genom fysikaliska eller kemiska medel, och därigenom uppnå den målinriktade designen av materialfunktioner. Under kolreaktiveringsprocessen är det första steget den termiska sönderdelningen och karboniseringen av prekursorn som bildar grundläggande strukturella enheter av kolhexagonala ringar som är slumpmässigt arrangerade. Dessa enheter är sammankopplade genom van der Waals-krafter och kovalenta bindningar för att bilda det ursprungliga kolramverket. I detta skede har kolmaterialet vanligtvis en låg specifik yta och en sluten porstruktur, vilket kräver ytterligare utveckling av dess inre utrymme genom aktiveringsprocessen.
Fysisk aktivering använder ånga, koldioxid eller luft som aktiveringsmedel. Under ett temperaturområde på 800-1100 grader genomgår aktiveringsmedlets molekyler oxidationsreaktioner med kolatomerna i kolstommen. Denna selektiva etsningseffekt uppträder företrädesvis vid de mer energirika aktiva platserna i kolstrukturen, till exempel defekter, omättade bindningar och så vidare. När aktiveringsreaktionen fortsätter, expanderar de initialt bildade mikroporerna skikt för skikt genom etsningen av porväggarna, och sammankopplingen mellan intilliggande mikroporer bildar mesoporer, vilket slutligen konstruerar ett pornätverk i flera nivåer bestående av mikroporer, mesoporer. Den exakta kontrollen av aktiveringstemperaturen och -tiden är avgörande i denna process: för låg temperatur kommer att resultera i en långsam aktiveringsreaktionshastighet och ofullständig porutveckling; medan för hög temperatur kan orsaka överdriven förbränning av kolskelett, vilket minskar materialets mekaniska styrka och utbyte.
Kemisk aktivering innebär att man introducerar kemiska medel före eller under förkolning. Dess mekanism är mer komplex än fysisk aktivering och inkluderar uttorkning, katalytiska och etsande effekter. Jämfört med fysisk aktivering har kemisk aktivering fördelarna med lägre aktiveringstemperatur och högre reaktionseffektivitet, och införandet av medlen förändrar den ytkemiska miljön för kolmaterialet - till exempel kan fosforsyraaktivering behålla mer syre-innehållande funktionella grupper, medan aktivering av kaliumhydroxid tenderar att bilda elektronrika alkaliska ytor{{4}.
Ytmodifieringen under kolreaktiveringsprocessen är en annan viktig aspekt för att förbättra materialets specifika egenskaper. I aktiveringsreaktionens hög-temperaturmiljö genomgår kolmaterialets yta kemiska reaktioner med aktiveringsmedlet och föroreningsgaser i atmosfären, och bildar syre-innehållande funktionella grupper för t.ex. hydroxyl, karboxyl och så vidare, såväl som en liten mängd kväve- och svavelgrupper. Typerna och kvantiteterna av dessa funktionella grupper påverkar direkt ytvätbarheten, den elektrokemiska prestandan och adsorptionsselektiviteten hos kolmaterialet -, till exempel kan införandet av karboxylgrupper avsevärt förbättra materialets keleringsförmåga för tungmetallkatjoner, medan närvaron av pyridintyp-kväve kan förbättra dess syrereduktionsaktivitet. Dessutom ger ytdefekterna (såsom enkla vakanser, dubbla vakanser och topologiska defekter) som genereras under aktiveringsprocessen rikligt med aktiva platser för materialet, vilket visar unika fördelar inom energilagring, katalytisk omvandling och andra områden.
Från den mikroskopiska mekanismen till den makroskopiska prestandan har utvecklingen av kolreaktiveringsteknik alltid varit baserad på korrelationslagen för "struktur - prestanda - tillämpning". Med tillämpning av avancerade karakteriseringstekniker som synkrotronstrålning och aberrations-elektronmikroskopi, har forskare fått en djupare förståelse av den dynamiska processen för porevolution och bildandet av ytfunktionella grupper under aktiveringsprocessen, vilket ger teoretisk vägledning för exakt kontroll av mikrostrukturen hos kolmaterial. I framtiden, genom multi-simulering och intelligent experimentell design, kommer kolreaktiveringstekniken att utvecklas mot en grönare och skräddarsydd riktning, vilket ytterligare utökar dess applikationsgränser inom miljöstyrning, ny energi och hög-tillverkning.