炭材料具有丰富的比表面积,发达的孔道,良好的热稳定性以及导电性,是目前研究较为广泛的一种材料,在电化学、催化、吸附、纳米医学等方面具有广阔的发展前景。目前研究的重点以及难点是如何开展绿色、环保、简单的合成工艺。本文以酚醛为原料,利用简单、温和的工艺方法制备从炭泡沫块体到纳米炭球结构可控的多孔炭材料。1.首次提出一种以富含二氧化碳的乙醇胺为发泡剂和结构导向剂,通过自发泡制备含N-掺杂炭泡沫的简易策略。富含二氧化碳的乙醇胺在室温和常压下释放气体并同时引发气液界面发生酚醛缩合反应,指导聚合物泡沫的形成,其体积膨胀率可达267%,经炭化可以得到具有纳米纤维构成的三维网状结构、大孔/微孔分等级、形状可加工的炭泡沫。将所得炭泡沫直接作为无金属催化剂催化苄基选择性氧化反应,性能优异。所制备的器件可直接作为整体反应器用于氧化反应,并在放大实验中表现出良好的催化性能。本研究为制备具有优良催化性能的N-掺杂无金属催化剂提供了一条可靠、简便的途径。2.以间苯二酚、甲醛、商用氧化硅溶胶自组装合成了单分散、蜂窝状纳米中孔炭球,球体尺寸大小约为150nm,中孔尺寸集中在15nm。通过控制固含量可以实现材料由纳米炭球尺寸向宏观炭气凝胶的转变。多孔炭球具有优异的光热性能,在808nm激光器的照射下,能迅速将炭球溶液温度提高60℃,浓度梯度在20?g/ml到1mg/ml内。将其进一步应用于细胞,具有良好的生物相容性以及光毒性。该材料在生物治疗方面具有广阔的发展前景。3.以酚醛胺为原料合成聚合物,进一步在其表面均匀包覆一层ZIF-67。再经炭化得到内部结构可控的炭球。以炭化过程中在炭球表面形成的钴单质为催化剂,在炭球表面生长碳纳米管,最终得到内部结构可控,外面均匀生长炭纳米管的新型炭复合微球。通过调变聚合物生长过程中老化温度、老化时间改变聚合物球体的密度分布,再对其有选择的溶剂刻蚀,可以实现对聚合物内部结构的调变,继而得到性能优异、结构可调的核壳以及空心炭球。材料ORR电催化性能优异。其中CNT/CS-600的ORR开始电位、半波电位分别为0.89V、0.79V,这可能是氮掺杂结构和碳纳米管使炭复合材料具有优异的导电性,同时钴纳米金属颗粒提供了电荷和传输通道,从而提高了氮掺杂碳活性位点的利用率,使材料性能与商业Pt/C催化剂相当。