1.1.2 炭气凝胶的发展历程
炭气凝胶是一种以纳米炭颗粒堆叠而成的以中孔为主的新型多孔炭材料，具有很高的比表面积和发达的孔结构。相对于活性炭，活性炭纤文等传统多孔炭材料。炭气凝胶具有独特的结构与性能，中孔丰富而且中孔孔径易于剪裁、微孔分布在纳米炭颗粒表面、导电性能优异等等。自从1988年问世以来，炭气凝胶一直是多孔炭材料研究的前沿之一。1994年科学家就预言，利用炭气凝胶作为电极材料能制备出高容量和高功率密度的超级电容器。自此，炭气凝胶在储电方面的应用引起人们的重视。经过科学家们多年研究发现，炭气凝胶的电化学性能深受炭气凝胶的比表面积、孔隙率、孔径分布、密度、掺杂和活化等结构参数和改性条件的影响。其中最具影响力的进展之一是美国Lawrance Livermore国家实验室Pekala R.W.在1987年首次制备出有机气凝胶，并成功炭化得到炭气凝胶。20世纪80年代末，美国Lawrance Livermore国家实验室R.W. Pekala首次制备RF（Resorcinol formaldehyde）有机气凝胶，并炭化得到炭气凝胶（Carbon aerogel）。Pekala率先用间苯二酚与甲醛做为反应原料，在催化剂碳酸钠的作用下，发生缩聚反应，形成RF凝胶。由于间苯二酚环上的2、4、6位电子云密度的提高，其反应速率比苯酚要快得多。虽然2位的电子云密度最高，但由于邻位羟基的空间障碍作用，使得取代反应主要发生在4、6位。首先，间苯二酚与甲醛生成中间体混合物，进一步交联形成具有体形结构的团簇，团簇聚集键联形成凝胶。主要涉及的反应是：形成单/多元羟甲基间苯二酚及其聚合物；形成亚甲基或亚甲基醚。
炭气凝胶是一种由球状纳米粒子相互连结而成的轻质纳米多孔材料，网络颗粒直径约为3nm～20nm，比表面积高达400m2/g～1100m2/g，密度为0.05g/cm3～1.0g/cm3， 孔隙率高达80％～90％。由于这一独特的纳米网络结构，炭气凝胶在电学、热学、声学、力学等方面的基础研究及其潜在应用价值的研发已经得到越来越多研究工作者的重视[5-7]。
虽然，经过近十年的研究开发炭气凝胶，但与无机气凝胶相比，还处于研究起步阶段，有许多规律和应用需要进一步研究和开拓。其是炭气凝胶与众多的高新技术相联系，其研究必将有利于高新技术的发展。
1.1.3 炭气凝胶的用途
炭气凝胶的这些特殊的物理及化学性质使其在能源、信息、环保、医药、冶金、催化、建筑等领域具有极大的应用潜力，用途之广泛。
炭气凝胶主要用途有以下方面：
（1） 污水处理
和现有的技术(例如：蒸发、离子交换、反相渗透等)相比，用炭气凝胶进行电吸附去除溶液中的金属离子具有很多优势，包括可以再生、减少了二次污染，节约能量。试验表明吸附容量会随着溶液浓度、所采用的电压以及可利用的比表面的增加而增加。用炭气凝胶吸附水溶液中的H+ ，吸附能力几乎达100%。同时，炭气凝胶也能吸附Cd2+、pb2+、Cu2+、Ni+、Mn2+、Zn2+、Cr2+等重金属离子。
（2） 电化学应用
炭气凝胶高比表面积、均一的纳米结构、强耐腐蚀性、低电阻系数及宽密度范围构成了其成为高效高能电容器的理想材料。例：将甲酚与间苯二酚混合后与甲醛反应制得的炭气凝胶作为超级电容器的电极材料，通过循环伏安法和交流阻抗测试，该电极表现出稳定电压平台和很好的充电性能，比电容达到104F/g。
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