Reaktivácia uhlíka je kľúčový proces, ktorý dodáva uhlíkovým materiálom vynikajúce adsorpčné vlastnosti a povrchovú aktivitu. Jeho podstata spočíva v regulácii mikroštruktúry a povrchových chemických vlastností uhlíkovej matrice fyzikálnymi alebo chemickými prostriedkami, čím sa dosiahne cielený návrh funkcií materiálu. Počas procesu reaktivácie uhlíka je prvým krokom tepelný rozklad a karbonizácia prekurzora, ktorý tvorí základné štruktúrne jednotky uhlíkových šesťuholníkových kruhov, ktoré sú náhodne usporiadané. Tieto jednotky sú vzájomne prepojené prostredníctvom van der Waalsových síl a kovalentných väzieb, aby vytvorili počiatočný uhlíkový rámec. V tomto štádiu má uhlíkový materiál typicky nízky špecifický povrch a uzavretú štruktúru pórov, čo si vyžaduje ďalší rozvoj jeho vnútorného priestoru prostredníctvom aktivačného procesu.
Fyzikálna aktivácia využíva ako aktivačné činidlá paru, oxid uhličitý alebo vzduch. V teplotnom rozsahu 800-1100 stupňov podstupujú molekuly aktivačného činidla oxidačné reakcie s atómami uhlíka v uhlíkovej štruktúre. Tento efekt selektívneho leptania sa vyskytuje prednostne na energeticky aktívnych miestach v uhlíkovej štruktúre, napríklad defekty, nenasýtené väzby atď. Ako aktivačná reakcia pokračuje, pôvodne vytvorené mikropóry expandujú vrstvu po vrstve leptaním stien pórov a prepojenie medzi susednými mikropórmi vytvára mezopóry, ktoré nakoniec vytvárajú viacúrovňovú sieť pórov zloženú z mikropórov, mezopórov. Presná kontrola aktivačnej teploty a času je v tomto procese rozhodujúca: príliš nízka teplota bude mať za následok pomalú rýchlosť aktivačnej reakcie a neúplný vývoj pórov; zatiaľ čo príliš vysoká teplota môže spôsobiť nadmerné spaľovanie uhlíkového skeletu, čím sa znižuje mechanická pevnosť a výťažnosť materiálu.
Chemická aktivácia zahŕňa zavedenie chemických činidiel pred alebo počas karbonizácie. Jeho mechanizmus je zložitejší ako fyzická aktivácia a zahŕňa dehydratačné, katalytické a leptacie účinky. V porovnaní s fyzikálnou aktiváciou má chemická aktivácia výhody nižšej aktivačnej teploty a vyššej účinnosti reakcie a zavedenie činidiel mení povrchové chemické prostredie uhlíkového materiálu -, napríklad aktivácia kyselinou fosforečnou môže zachovať viac funkčných skupín obsahujúcich kyslík-, zatiaľ čo aktivácia hydroxidom draselným má tendenciu vytvárať alkalické povrchy bohaté na elektróny-.
Úprava povrchu počas procesu reaktivácie uhlíka je ďalším dôležitým aspektom pre zlepšenie špecifických vlastností materiálu. Vo vysoko{1}}teplotnom prostredí aktivačnej reakcie dochádza na povrchu uhlíkového materiálu k chemickým reakciám s aktivačným činidlom a plynnými nečistotami v atmosfére, pričom sa vytvára kyslík- obsahujúci funkčné skupiny, napríklad hydroxylové, karboxylové atď., ako aj malé množstvo dusíkových a sírových skupín. Typy a množstvá týchto funkčných skupín priamo ovplyvňujú povrchovú zmáčavosť, elektrochemický výkon a adsorpčnú selektivitu uhlíkového materiálu -, napríklad zavedenie karboxylových skupín môže výrazne zvýšiť chelatačné schopnosti materiálu pre katióny ťažkých kovov, zatiaľ čo prítomnosť dusíka pyridínového -typu môže zlepšiť jeho katalytickú aktivitu pri reakciách redukcie kyslíka. Okrem toho povrchové defekty (ako sú jednotlivé voľné miesta, dvojité voľné miesta a topologické defekty) generované počas aktivačného procesu poskytujú množstvo aktívnych miest pre materiál, čo demonštruje jedinečné výhody pri skladovaní energie, katalytickej konverzii a iných oblastiach.
Od mikroskopického mechanizmu až po makroskopický výkon bol vývoj technológie reaktivácie uhlíka vždy založený na zákone korelácie „štruktúra - výkon - aplikácie“. S použitím pokročilých charakterizačných techník, ako je synchrotrónové žiarenie a elektrónová mikroskopia s korekciou aberácie, výskumníci získali hlbšie pochopenie dynamického procesu evolúcie pórov a mechanizmu tvorby povrchových funkčných skupín počas aktivačného procesu, čo poskytuje teoretický návod na presné riadenie mikroštruktúry uhlíkových materiálov. V budúcnosti sa bude technológia reaktivácie uhlíka prostredníctvom viacnásobnej{5} simulácie a inteligentného experimentálneho dizajnu vyvíjať smerom k ekologickejšiemu a prispôsobenému smerovaniu, čím sa ďalej rozšíria hranice jej aplikácií v oblasti environmentálneho riadenia, novej energie a špičkovej-výroby.