介孔碳（Mesoporous Carbon, MC）是一类孔径在 2-50nm 之间、具有高比表面积（通常 200-2000 m²/g）和优异孔道连通性的碳材料，其核心特征是介孔占主导地位，兼具吸附能力、导电性和结构稳定性。 根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）分类，介孔碳的孔径严格限定在2-50nm之间，这一区间使其既不同于微孔碳（<2nm）的强吸附性，也区别于大孔碳（>50nm）的低比表面积。其独特结构赋予以下特性： 高比表面积：通过模板法、活化法等工艺，可调控比表面积至 2500 m²/g 以上，例如天津科技大学制备的木质素基介孔碳比表面积达 1899.45 m²/g； 可控孔道结构：介孔可呈有序排列（如六方 / 立方结构）或无序分布，例如 X 技术采用双模板法制备的三维大孔介孔碳，介孔孔径达 10-40nm； 优异导电性：碳基体本身的石墨化程度可通过高温处理调控，适用于对导电性要求高的电池电极。

介孔碳的五大核心应用领域 介孔碳的结构优势使其在多个战略行业中发挥关键作用： 

 新能源与储能 锂电池 / 钠电池：作为硅基负极载体，介孔碳的介孔空间可缓冲硅充放电时 400% 的体积膨胀，如宁德时代采用介孔碳包覆硅的复合负极，循环 1000 次后容量保持率超 85%； 超级电容器：天津科技大学制备的 “笼状” 木质素基介孔碳（比表面积 1899.45 m²/g）在 0.5 A/g 时比电容达 217.3 F/g，循环稳定性优异。 

环境治理与催化 臭氧催化氧化：X 技术制备的三维大孔介孔碳材料（比表面积 1114-1224 m²/g）可高效降解草酸钠溶液，介孔结构促进臭氧气泡与污染物接触； 重金属吸附：介孔碳的高比表面积和表面官能团（如羟基、羧基）可吸附废水中的铅、汞等重金属离子。

 生物医药与分离 药物载体：介孔碳球（MCS）可负载抗癌药物（如阿霉素），通过介孔孔径调控实现靶向缓释； 蛋白质分离：有序介孔碳的均一孔径可精准分离不同分子量的蛋白质。 

催化与能源转化 燃料电池催化剂载体：介孔碳负载铂纳米颗粒，可提高氧还原反应（ORR）活性，降低贵金属用量； 光催化：杂原子掺杂介孔碳（如氮掺杂）可增强光生载流子分离效率，用于降解有机污染物。 

电子与传感器 柔性电极：介孔碳纳米纤维（MCNF）与石墨烯复合可制备高导电性、可拉伸的柔性超级电容器电极；

 气体传感器：介孔碳对 NO₂、H₂S 等气体具有高吸附选择性，可用于环境监测。 

那艾仪器喷雾干燥机制备介孔碳的典型案例 喷雾干燥技术凭借快速脱水、颗粒形态可控的优势，成为介孔碳规模化制备的主流工艺。

1：木质素基酚醛树脂介孔碳（超级电容器电极） 原料与工艺：以木质素（农林废弃物）和酚醛树脂为原料，通过喷雾干燥形成 “笼状” 前驱体颗粒，经预碳化和 KOH 活化后制得介孔碳。 关键参数： 喷雾干燥条件：进风温度 150-180℃，进料速率 2-8 mL/min，形成粒径 1-2 μm 的球形颗粒； 活化工艺：KOH 与碳前驱体质量比 4:1，活化温度 800℃，比表面积提升至 1899.45 m²/g； 应用性能：在 1 M H₂SO₄电解液中，0.5 A/g 时比电容达 217.3 F/g，循环 1000 次后容量保持率 95% 以上。 创新点：利用木质素替代部分酚醛树脂，降低成本的同时实现生物质高值化利用，介孔结构优化电解液离子传输路径。

2：三维大孔和大尺寸介孔碳材料（臭氧催化氧化） 原料与工艺：采用双模板法（表面活性剂 F127 和无机盐 NaCl），通过喷雾干燥形成复合模板颗粒，经高温碳化和水洗去除模板后制得介孔碳。 关键参数： 喷雾干燥条件：塔顶温度 190℃，热风流速 300 L/min，振动频率 10 kHz，形成粒径 5-10 μm 的颗粒； 碳化工艺：900℃下氮气气氛碳化 2 小时，介孔孔径 10-40nm，比表面积 1114-1224 m²/g； 催化性能：在臭氧催化氧化草酸钠反应中，TOC 去除率达 92%，显著高于传统活性炭（65%）。 技术优势：双模板法协同调控大孔和介孔结构，盐模板可回收循环利用，降低生产成本并减少污染。 

3：单分散介孔碳微球（环境催化与能源存储） 原料与工艺：以酚醛树脂为碳源，纳米二氧化硅为硬模板，通过喷雾干燥制备聚合物微球，经碳化和氢氟酸刻蚀去除模板后制得介孔碳微球。 关键参数： 喷雾干燥条件：进风温度 170℃，喷雾压力 0.3 MPa，进料速率 6 mL/min，形成粒径 4-5 μm 的微球； 孔结构参数：比表面积 969 m²/g，孔容 3.88 cm³/g，平均孔径 30.4 nm； 应用场景：负载 TiO₂后用于光催化降解甲基橙，降解效率提升 40%；作为锂硫电池硫载体，循环 200 次后容量保持率 82%。 工艺特点：喷雾干燥实现单分散微球的规模化制备，高孔容特性提升活性物质负载量和传质效率。

喷雾干燥技术的核心优势与工艺细节

喷雾干燥在介孔碳制备中具有不可替代的优势： 快速成型与结构调控： 雾化液滴在数秒内完成干燥，可抑制前驱体过度团聚，例如木质素基介孔碳通过喷雾干燥形成 “笼状” 结构，促进后续 KOH 活化造孔； 通过调节雾化压力（0.1-0.5 MPa）和进风温度（150-200℃），可精准控制颗粒粒径（1-10 μm）和介孔分布。 连续化与规模化生产： 适合工业化连续生产，例如某企业采用离心喷雾干燥机，实现介孔碳微球的日产量达吨级； 可集成废气处理系统，如喷雾干燥尾气经旋风分离和碱洗后，氟化物去除率超 93%。 模板法协同增效： 硬模板（如二氧化硅）可通过氢氟酸刻蚀去除，形成均匀介孔；软模板（如 F127）在碳化过程中热解，留下介孔通道； 双模板法（如表面活性剂 + 无机盐）可构建分级孔结构，同时提升比表面积和机械强度。

介孔碳凭借独特的介孔结构和多功能性，成为新能源、催化、环境治理等领域的关键材料。喷雾干燥技术通过快速成型、模板协同和连续化生产，为介孔碳的规模化制备提供了高效解决方案。上述案例展示了喷雾干燥在不同介孔碳类型（有序介孔碳、介孔碳球、分级介孔碳）中的应用，体现了其在提升材料性能、降低成本和环保合规方面的综合价值。随着碳中和目标的推进，介孔碳及其喷雾干随着碳中和目标的推进，介孔碳及其喷雾干燥制备技术将在绿色能源和可持续发展中发挥更大作用。