当前,能源危机亟待解决,寻找可再生清洁能源迫在眉睫。生物质是自然界普遍存在且可再生的重要资源。经过一系列的处理方法后,生物质可以升级为生物质燃料、催化剂载体、物理吸附剂、制备超级电容器等等。开发具有经济效益的生物质多孔碳材料并将其应用于日常生活具有非常重要的意义。本文围绕多孔碳材料的制备和应用,研究了一系列具有不同孔隙结构和比表面积的多孔碳材料并探究了活化方法、活化剂种类以及预氧化的温度对多孔碳材料结构和性能的影响。主要内容如下:1.聚合反应是将纤维素转化为乙酰丙酸等平台化学品的过程中的主要挑战。文章首先讨论了在水和醇介质中,纤维素转化为乙酰丙酸/酯期间聚合反应中氢离子在固体酸性树脂催化剂（D008催化剂）和H2SO4催化剂中的不同分散模式。结果表明,氢离子的不同分散模式会影响纤维素的转化效率和聚合反应的趋势。D008中的氢离子集中在催化剂的孔隙或局部区域,对纤维素进入氢离子产生空间位阻,促进了葡萄糖的聚合。氢离子在H2SO4中的均匀分散促进了纤维素的转化并最大限度地减少了聚合反应,尤其是在醇介质中。当使用醇作为反应介质时,可以有效地抑制聚合反应。此外,醇解能比水解更有效地将纤维素转化为乙酰丙酸/酯。反应介质也会影响形成的不可溶性聚合物的性质。在水中,形成的不可溶性聚合物含有丰富的羰基官能团,具有更高的热稳定性。在醇中,形成的不可溶性聚合物具有较少的羰基官能团,但热稳定性较低。2.CO2和H2O是通过物理活化法生产活性炭的两种重要活化剂。它们可以通过多种机制氧化生物碳或生物质中的含碳物质,还可能以不同方式影响环境以及活性炭的功能演变和孔结构变化。所以,文章进而用H2O、CO2或混合H2O/CO2对纤维素热解产生的生物碳进行了活化。结果表明,H2O作为活化剂在活化过程中会比CO2产生的重量损失更大,这源于其将生物碳中的脂肪族结构氧化为-OH并通过脱氧或脱水进一步去除它们的效率更高。由于保留了丰富的含氧官能团,用CO2活化使活性炭更富氧,这抑制了碳物质的进一步氧化并导致主要形成的孔结构为微孔。H2O更高的脱氧能力导致活性炭更富碳进而具有更发达的孔结构以及更高比例的中孔,这使具有优异的吸附苯酚的能力。此外,在CO2或H2O的活化过程中,不饱和醛/酮和C-O-C结构比内酯、饱和脂肪酸/醛更稳定。3.锯末是一种富含纤维素、木质素和半纤维素的碳基原料,已被证实通过化学活化的方法可以制备出结构丰富性能优良的活性炭。然而是否可以通过将生物质提前预处理从而制备出比表面积更大,结构更丰富的活性炭是一个值得探究的问题。最后,将锯末原料提前在低温下通入空气进行了预氧化,研究进一步活化后产生的活性炭的比表面积和孔径变化。结果表明,预氧化降低了活性炭的失重率,这主要是因为预氧化过程中空气提前将生物碳中的脂肪族结构进行了氧化。且预氧化过程使活性炭更富氧,引入了更多的含氧官能团,这也进一步使得活性炭保留了更多的微孔结构。微孔结构的存在又使得活性炭具有优越的吸附四环素的能力。