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(1．中国科学院宁波材料技术与工程研究所 碳纤维制备技术国家工程实验室，浙江 宁波 315201；2．中国科学技术大学纳米科学技术学院，江苏 苏州 215123)

1 前 言

活性碳纤维广泛用作吸附剂、催化剂载体和电极材料等[1-4]。相比黏胶基、沥青基或其他有机纤维，聚丙烯腈(PAN)纤维具有碳收率高、结构可控性强以及机械性能优异等特点，常用作碳纤维的前驱体[5-6]。PAN纤维经预氧化、碳化和活化等处理，形成多孔活性碳纤维。活化方法有化学活化、物理活化或两者相结合[7-8]。经活化获得的多孔结构孔径小，孔径分布窄，且开孔于纤维表面。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)根据材料孔径大小将孔分为三类：大孔：孔径超过50nm；中孔：孔径介于2和50nm之间；微孔：孔径不超过2nm[9]。具有层次孔结构(微孔-中孔，微孔-大孔，微孔-中孔-大孔)的材料是拓展碳纤维应用的重要渠道[10-11]。

构建层次孔结构的目的是以大-中孔作为快速传质的通道，从而充分发挥微孔功能。具有层次孔结构纤维可采用通过碳纳米管与碳纤维复合得到。Li等[12]以静纺纤维素纤维为先驱体，经过预氧化碳化后获得碳纳米纤维，然后通过化学气相沉积法(CVD)将碳纳米管沉积到碳纳米纤维上制备出复合纤维。生物质纤维[13-17]和MOF材料[18]也被用于构建层次孔结构碳纤维。例如，海藻酸纤维在1500℃高温处理后可获得层次孔结构碳纤维[13]，粘胶基碳纤维在延长水蒸汽活化时间后其微孔结构转变为微孔-中孔复合结构[14]。Lee等[19]后其采用硬模板和活化相结合的方法，通过调节模板SiO2的含量，制备出比表面积在1625～1796m2/g的静纺多孔碳纤维，其孔结构涵盖微孔、中孔和大孔[19]。……