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炭气凝胶的主要制备方法是以间苯二酚和甲醛为原料，在碳酸钠为催化剂的条件下发生缩聚反应，形成间苯二酚-甲醛（Resocrinol-Formaldehyde, RF）有机气凝胶，经进一步高温炭化制得。一般孔隙率高达80%-90%，BET方法所得比表面积为250-1000m2/g，主要为微孔、介孔和少量大孔结构。
为了提高炭气凝胶的比表面积和多孔特性，目前国际上主要采用降低RF 有机气凝胶的反应物与催化剂的配比和改变反应物制备三聚氰胺−甲醛(Melamine−Formaldehyde, MF)有机气凝胶等技术路线. 以上两种方法虽然可使其比表面积达到1000m2/g，但前者在制备过程中要采用成本较高和危险性较大的超临界干燥工艺，否则比表面积会有明显的下降；后者的制备工艺过于复杂，二者的综合生产成本都过高，不适于产业化生产。本研究采用常压干燥工艺制备以RF有机气凝胶为前驱体的炭气凝胶，而后再采用二氧化炭气体活化工艺，确定制作气凝胶的最佳条件与配比。
制备炭气凝胶前驱体通常采用超临界干燥技术，但由于此技术成本较高，过程复杂，且具有一定的危险性，严重阻碍了炭气凝胶的实际应用。因此，各国研究者都在探索用常压干燥代替超临界干燥以优化其制备工艺[8-9]。除此之外，应军事等[10]围绕炭气凝胶的制备和改性等的问题，本文提出以间苯二酚和糠醛为原料，采用超临界干燥法，在真空氛围下制备了炭气凝胶，并对其炭化后的性能进行研究。
1.4 炭气凝胶的负载或掺杂
上文提到炭气凝胶可作为催化剂及催化剂载体，是本课题的主题之一。炭气凝胶可通过掺杂或负载不同的金属粒子来达到不同催化效果，催化不同的反应，下面介绍几组不同的炭气凝胶作为载体的催化剂和催化反应。
1.4.1 种类
1）钴掺杂含氮炭气凝胶。氮掺杂的多孔纳米碳材料是一种新型的催化材料, 其单独或与金属复合均具有氧还原催化性能, 如氮掺杂的碳纳米管( N-CNT )、碳纳米纤文(N-CNF)、炭气凝胶(N-CA)等。氮掺杂的炭气凝胶是在CA结构中引入新元素氮，从而赋予该材料新特性，如催化剂的活性提高，以及改变催化氧还原机理，从而提高催化剂的稳定性和电池的效率，是很有研究前景的一类新型氧还原催化剂或载体。含过渡金属的氮掺杂炭气凝胶是一种新型复合纳米碳材料，具有高氮含量及适宜的孔结构和良好的电子导电性，作为氧还原催化剂材料， 其研究工作才刚刚开始，已显现良好的发展前景。深入研究其制备方法及活性中心结构和氧还原机理，对于促进电催化理论的发展及燃料电池的进步具有重要意义。
2) 炭气凝胶载铂催化剂。郭志军等[11]用间歇微波加热多元醇还原法可制备出均匀分布、高度分散的炭气凝胶载铂催化剂，其中的铂粒子以面心立方结构存在，铂粒子在载体炭气凝胶载铂催化剂在硫酸甲醇溶液中有更高的电化学催化活性和稳定性。炭气凝胶的比表面积大、孔容大、导电性能好且中孔结构丰富，有利于铂粒子在载体上的分布，可用于制备性能更高的炭气凝胶载铂催化剂。
本文的炭气凝胶使用载镍催化剂，根据之前的一些研究论断认为载镍对于炭气凝胶的石墨化有着催化、促进的作用。纯的炭气凝胶有着较好的孔洞结构，拥有高比表面积；经过掺杂以后的比表面积有所提高，并且镍的掺入能显着减小炭气凝胶的电阻率[12]。本文准备继续深化这一研究，判断金属镍的载入量是否会影响孔径和比表面积等主要的研究指标。
图2.1 载金属与空载凝胶对比图
1.4.2 制备方法