多孔碳材料因具有高比表面积、高孔隙率、良好的导电性和导热性、可调控的孔径和表面性能，在催化剂载体、超级电容器、催化剂、吸附剂和气体储存等领域有广泛应用。多孔碳材料的合成方法主要有硬模板法、软模板法和活化法等，然而，这些方法往往存在成本高、合成工艺复杂或纯度偏低的问题，阻碍了多孔碳材料的更广泛应用。
北京化工大学孙晓明教授课题组以结构可控单分散纳米催化剂及其有序组装体的获得作为目标，以功能和应用导向，以化学控制合成和密度梯度离心分离为手段，采取“合成与分离相结合，用分离指引合成”的方式，发展了单分散纳米催化剂的液相合成方法学和分离分析手段，提高了无机纳米颗粒及其组装体的催化性能。尝试发展一种无模板的方法，通过分子层次上的设计和选择，宏量合成多孔碳，统筹解决生产成本和产物纯度问题。同时围绕多孔碳材料的氮掺杂改性、贵金属催化剂负载、过渡金属掺杂修饰等方面进行了比较系统的研究，针对性地研究了多孔碳材料在催化剂载体、超级电容器电极材料、氧气还原反应催化剂等方面的应用。采用不同的有机分子作为前驱物，针对性地设计反应路线，实现了新型氮掺杂碳纳米材料组成、结构的调控，进而实现了其超级电容器、电催化等性能的提高。在此基础上，通过与水解反应偶合，实现了碳纳米复合结构的可控合成，通过协同效应，实现了储锂性能的提高。
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