前言

Applied Chemistry)的定義，孔徑小於 2 奈米的為微孔(micropores)，

介於 2 奈米至 50 奈米間的為中孔(mesopores)，又稱介孔，大於 50 奈米以上稱為大孔(macropores)。³ 早期使用的沸石多屬為微孔材 料，其孔徑小於 1.5 奈米，^1,4,5 沸石主要的用途在石油的裂解、脫 氫、異構化、轉烷化、重組等以及小分子的催化應用；隨著奈米科

修飾是指在氧化矽表面，以化學或物理方法將欲修飾的分子鍵結於 表面，而使氧化矽表面的化學或物理性質改變，增強中孔材料的結 構強度與增加反應活化的能力。孔洞材料的應用除其孔洞性質外，

並為合成孔洞碳材時的主要成本；因此，部分研究致力於降低成本 並合成出最佳的孔洞碳材。Kim團隊利用MSU-H取代SBA-15作為碳 材合成的模板，MSU-H模板是使用較不昂貴的sodium silicate試劑，

取代SBA-15合成碳材時使用的silicon alkoxides；而合成之碳材其比 表面積及孔洞尺寸與使用SBA-15合成的碳材相當。^11,12 表1為常見 模板的價格比較表。

表 1. 模板價格比較表。¹³

孔洞碳材為孔洞材料的重要研究之一，因其具有良好的選擇性、

熱穩定性、高表面積與高機械強度，其應用範圍廣，可用於分離、

純化、催化反應與電極、電容等。經由不同的合成方法可合成出不 同孔洞大小與孔洞結構的孔洞材料；傳統的合成方法分為四種：以 物理或化學活化方式製備活性碳材、¹⁴ 利用金屬鹽類或有機金屬化 合物催化碳前驅物發生反應、¹⁵ 碳化的聚合物與可熱解的聚合物混 合後產生碳化、¹⁶ 在超臨界無水環境下氣凝膠的碳化反應。¹⁷ 然 而，傳統的合成方法無法有效控制孔洞材料的孔洞大小。為了合成 單一孔洞的孔洞碳材，目前被廣泛應用的模板法，是利用高機械強

度且具有固定孔洞大小與形狀的孔洞材料為模板，使前驅物在孔洞 內反應成長，接著移除模板，而得到與模板結構相同的孔洞碳材，

經由經由模板前驅物控制合成碳材的孔洞大小與結構。1986 年時，

Knox 團隊發表了首次以氧化矽模板合成的孔洞碳材；Knox 利用 silica gel 作為模板，使混合的 phenol–hexamine 前驅物在 silica gel 孔 洞內聚合，形成球面形狀的中孔碳材；當更具石墨特性的此中孔碳 材可作為 HPLC 管柱的吸附物質。¹⁸；此後，以不同無機模板合成 不同的單一孔洞大小與結構的碳材陸續被合成出來。

成長碳材以化學氣相沉積(Chemical vapor deposition, CVD)為最常 見且有效率的成長方法。此方法利用熱能使氣態物質在固體表面上 發生化學反應並沈積在該表面上，熱解並形成穩定的固態碳膜。常 見的碳源氣體包括 styrene ¹⁹、propylene ²⁰ 與 CH₄，CH₄經熱解後產 生碳原子以及 H₂ 副產物，而非 CO、CO2 等溫室氣體，可減少對環 境的傷害。²¹ 而利用模板法合成碳材的機制分為兩種：一種為碳源 沉積並包覆在模板分子外，移除模板後並形成原始模板分子尺寸的 孔洞碳材；另一種則是碳源沉積且成長在模板的孔洞內，移除模板 後，此孔洞碳材為原始模板的負型複製物。

本實驗藉由便宜的孔洞模板與簡單的合成條件，並使用環境友善 之氣體 CH₄，期望合成出高表面積與高孔洞體積的中孔洞碳材。本 篇論文將說明本實驗室製備中孔洞模板並進一步合成中孔碳材的初 步成果。