介孔碳（Mesoporous Carbon, MC）是一類孔徑在 2-50nm 之間、具有高比表面積（通常 200-2000 m2/g）和優異孔道連通性的碳材料，其核心特征是介孔占主導地位，兼具吸附能力、導電性和結構穩定性。 根據國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）分類，介孔碳的孔徑嚴格限定在2-50nm之間，這一區間使其既不同于微孔碳（<2nm）的強吸附性，也區別于大孔碳（>50nm）的低比表面積。其獨特結構賦予以下特性： 高比表面積：通過模板法、活化法等工藝，可調控比表面積至 2500 m2/g 以上，例如天津科技大學制備的木質素基介孔碳比表面積達 1899.45 m2/g； 可控孔道結構：介孔可呈有序排列（如六方 / 立方結構）或無序分布，例如 X 技術采用雙模板法制備的三維大孔介孔碳，介孔孔徑達 10-40nm； 優異導電性：碳基體本身的石墨化程度可通過高溫處理調控，適用于對導電性要求高的電池電極。

介孔碳的五大核心應用領域 介孔碳的結構優勢使其在多個戰略行業中發揮關鍵作用： 

 新能源與儲能 鋰電池 / 鈉電池：作為硅基負極載體，介孔碳的介孔空間可緩沖硅充放電時 400% 的體積膨脹，如寧德時代采用介孔碳包覆硅的復合負極，循環 1000 次后容量保持率超 85%； 超級電容器：天津科技大學制備的 “籠狀” 木質素基介孔碳（比表面積 1899.45 m2/g）在 0.5 A/g 時比電容達 217.3 F/g，循環穩定性優異。 

環境治理與催化 臭氧催化氧化：X 技術制備的三維大孔介孔碳材料（比表面積 1114-1224 m2/g）可高效降解草酸鈉溶液，介孔結構促進臭氧氣泡與污染物接觸； 重金屬吸附：介孔碳的高比表面積和表面官能團（如羥基、羧基）可吸附廢水中的鉛、汞等重金屬離子。

 生物醫藥與分離 藥物載體：介孔碳球（MCS）可負載抗癌藥物（如阿霉素），通過介孔孔徑調控實現靶向緩釋； 蛋白質分離：有序介孔碳的均一孔徑可精準分離不同分子量的蛋白質。 

催化與能源轉化 燃料電池催化劑載體：介孔碳負載鉑納米顆粒，可提高氧還原反應（ORR）活性，降低貴金屬用量； 光催化：雜原子摻雜介孔碳（如氮摻雜）可增強光生載流子分離效率，用于降解有機污染物。 

電子與傳感器 柔性電極：介孔碳納米纖維（MCNF）與石墨烯復合可制備高導電性、可拉伸的柔性超級電容器電極；

 氣體傳感器：介孔碳對 NO?、H?S 等氣體具有高吸附選擇性，可用于環境監測。 

那艾儀器噴霧干燥機制備介孔碳的典型案例 噴霧干燥技術憑借快速脫水、顆粒形態可控的優勢，成為介孔碳規模化制備的主流工藝。

1：木質素基酚醛樹脂介孔碳（超級電容器電極） 原料與工藝：以木質素（農林廢棄物）和酚醛樹脂為原料，通過噴霧干燥形成 “籠狀” 前驅體顆粒，經預碳化和 KOH 活化后制得介孔碳。 關鍵參數： 噴霧干燥條件：進風溫度 150-180℃，進料速率 2-8 mL/min，形成粒徑 1-2 μm 的球形顆粒； 活化工藝：KOH 與碳前驅體質量比 4:1，活化溫度 800℃，比表面積提升至 1899.45 m2/g； 應用性能：在 1 M H?SO?電解液中，0.5 A/g 時比電容達 217.3 F/g，循環 1000 次后容量保持率 95% 以上。 創新點：利用木質素替代部分酚醛樹脂，降低成本的同時實現生物質高值化利用，介孔結構優化電解液離子傳輸路徑。

2：三維大孔和大尺寸介孔碳材料（臭氧催化氧化） 原料與工藝：采用雙模板法（表面活性劑 F127 和無機鹽 NaCl），通過噴霧干燥形成復合模板顆粒，經高溫碳化和水洗去除模板后制得介孔碳。 關鍵參數： 噴霧干燥條件：塔頂溫度 190℃，熱風流速 300 L/min，振動頻率 10 kHz，形成粒徑 5-10 μm 的顆粒； 碳化工藝：900℃下氮氣氣氛碳化 2 小時，介孔孔徑 10-40nm，比表面積 1114-1224 m2/g； 催化性能：在臭氧催化氧化草酸鈉反應中，TOC 去除率達 92%，顯著高于傳統活性炭（65%）。 技術優勢：雙模板法協同調控大孔和介孔結構，鹽模板可回收循環利用，降低生產成本并減少污染。 

3：單分散介孔碳微球（環境催化與能源存儲） 原料與工藝：以酚醛樹脂為碳源，納米二氧化硅為硬模板，通過噴霧干燥制備聚合物微球，經碳化和氫氟酸刻蝕去除模板后制得介孔碳微球。 關鍵參數： 噴霧干燥條件：進風溫度 170℃，噴霧壓力 0.3 MPa，進料速率 6 mL/min，形成粒徑 4-5 μm 的微球； 孔結構參數：比表面積 969 m2/g，孔容 3.88 cm3/g，平均孔徑 30.4 nm； 應用場景：負載 TiO?后用于光催化降解甲基橙，降解效率提升 40%；作為鋰硫電池硫載體，循環 200 次后容量保持率 82%。 工藝特點：噴霧干燥實現單分散微球的規模化制備，高孔容特性提升活性物質負載量和傳質效率。

噴霧干燥技術的核心優勢與工藝細節

噴霧干燥在介孔碳制備中具有不可替代的優勢： 快速成型與結構調控： 霧化液滴在數秒內完成干燥，可抑制前驅體過度團聚，例如木質素基介孔碳通過噴霧干燥形成 “籠狀” 結構，促進后續 KOH 活化造孔； 通過調節霧化壓力（0.1-0.5 MPa）和進風溫度（150-200℃），可精準控制顆粒粒徑（1-10 μm）和介孔分布。 連續化與規模化生產： 適合工業化連續生產，例如某企業采用離心噴霧干燥機，實現介孔碳微球的日產量達噸級； 可集成廢氣處理系統，如噴霧干燥尾氣經旋風分離和堿洗后，氟化物去除率超 93%。 模板法協同增效： 硬模板（如二氧化硅）可通過氫氟酸刻蝕去除，形成均勻介孔；軟模板（如 F127）在碳化過程中熱解，留下介孔通道； 雙模板法（如表面活性劑 + 無機鹽）可構建分級孔結構，同時提升比表面積和機械強度。

介孔碳憑借獨特的介孔結構和多功能性，成為新能源、催化、環境治理等領域的關鍵材料。噴霧干燥技術通過快速成型、模板協同和連續化生產，為介孔碳的規模化制備提供了高效解決方案。上述案例展示了噴霧干燥在不同介孔碳類型（有序介孔碳、介孔碳球、分級介孔碳）中的應用，體現了其在提升材料性能、降低成本和環保合規方面的綜合價值。隨著碳中和目標的推進，介孔碳及其噴霧干隨著碳中和目標的推進，介孔碳及其噴霧干燥制備技術將在綠色能源和可持續發展中發揮更大作用。