Kích hoạt lại carbon là một quá trình quan trọng giúp vật liệu carbon có đặc tính hấp phụ và hoạt động bề mặt tuyệt vời. Bản chất của nó nằm ở việc điều chỉnh cấu trúc vi mô và tính chất hóa học bề mặt của ma trận carbon thông qua các phương tiện vật lý hoặc hóa học, từ đó đạt được mục tiêu thiết kế các chức năng vật liệu. Trong quá trình tái hoạt hóa cacbon, bước đầu tiên là phân hủy nhiệt và cacbon hóa tiền chất tạo thành các đơn vị cấu trúc cơ bản gồm các vòng lục giác cacbon được sắp xếp ngẫu nhiên. Các đơn vị này được liên kết với nhau thông qua lực van der Waals và liên kết cộng hóa trị để tạo thành khung carbon ban đầu. Ở giai đoạn này, vật liệu carbon thường có diện tích bề mặt riêng thấp và cấu trúc lỗ rỗng khép kín, đòi hỏi phải phát triển thêm không gian bên trong của nó thông qua quá trình kích hoạt.
Kích hoạt vật lý sử dụng hơi nước, carbon dioxide hoặc không khí làm tác nhân kích hoạt. Trong phạm vi nhiệt độ 800-1100 độ, các phân tử tác nhân kích hoạt sẽ trải qua phản ứng oxy hóa với các nguyên tử carbon trong khung carbon. Hiệu ứng ăn mòn chọn lọc này xảy ra tốt nhất ở các vị trí hoạt động mạnh mẽ hơn trong cấu trúc carbon, ví dụ như các khuyết tật, liên kết không bão hòa, v.v. Khi phản ứng kích hoạt tiếp tục, các vi lỗ được hình thành ban đầu sẽ mở rộng từng lớp thông qua sự ăn mòn của thành lỗ chân lông và sự kết nối giữa các vi lỗ lân cận tạo thành các lỗ trung gian, cuối cùng xây dựng một mạng lưới lỗ chân lông đa cấp bao gồm các vi lỗ, lỗ trung gian. Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian kích hoạt là rất quan trọng trong quá trình này: nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến tốc độ phản ứng kích hoạt chậm và lỗ chân lông phát triển không hoàn chỉnh; trong khi nhiệt độ quá cao có thể gây ra hiện tượng đốt cháy khung carbon quá mức, làm giảm độ bền cơ học và năng suất của vật liệu.
Kích hoạt hóa học liên quan đến việc đưa ra các tác nhân hóa học trước hoặc trong quá trình cacbon hóa. Cơ chế của nó phức tạp hơn kích hoạt vật lý và bao gồm các hiệu ứng khử nước, xúc tác và ăn mòn. So với kích hoạt vật lý, kích hoạt hóa học có ưu điểm là nhiệt độ kích hoạt thấp hơn và hiệu suất phản ứng cao hơn, đồng thời việc đưa các tác nhân vào làm thay đổi môi trường hóa học bề mặt của vật liệu cacbon -, ví dụ: hoạt hóa axit photphoric có thể giữ lại nhiều nhóm chức chứa oxy- hơn, trong khi hoạt hóa kali hydroxit có xu hướng hình thành các bề mặt kiềm giàu electron-.
Sự biến đổi bề mặt trong quá trình tái hoạt hóa carbon là một khía cạnh quan trọng khác để tăng cường các tính chất cụ thể của vật liệu. Trong môi trường-nhiệt độ cao của phản ứng kích hoạt, bề mặt của vật liệu cacbon trải qua các phản ứng hóa học với chất kích hoạt và các khí tạp chất trong khí quyển, hình thành các nhóm chức chứa oxy-như ví dụ như hydroxyl, carboxyl, v.v., cũng như một lượng nhỏ nhóm nitơ và lưu huỳnh. Loại và số lượng của các nhóm chức này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thấm ướt bề mặt, hiệu suất điện hóa và độ chọn lọc hấp phụ của vật liệu cacbon -, ví dụ, việc đưa vào các nhóm cacboxyl có thể tăng cường đáng kể khả năng chelat hóa của vật liệu đối với các cation kim loại nặng, trong khi sự hiện diện của nitơ loại pyridine-có thể cải thiện hoạt tính xúc tác của nó trong các phản ứng khử oxy. Ngoài ra, các khuyết tật bề mặt (chẳng hạn như chỗ trống đơn, chỗ trống kép và khuyết tật cấu trúc liên kết) được tạo ra trong quá trình kích hoạt cung cấp nhiều vị trí hoạt động cho vật liệu, thể hiện những lợi thế độc đáo trong việc lưu trữ năng lượng, chuyển đổi xúc tác và các lĩnh vực khác.
Từ cơ chế vi mô đến hiệu suất vĩ mô, sự phát triển của công nghệ tái kích hoạt carbon luôn dựa trên quy luật tương quan của "ứng dụng hiệu suất - cấu trúc -". Với việc áp dụng các kỹ thuật mô tả đặc tính tiên tiến như bức xạ synchrotron và kính hiển vi điện tử đã hiệu chỉnh quang sai-, các nhà nghiên cứu đã hiểu sâu hơn về quá trình động học của sự tiến hóa lỗ chân lông và cơ chế hình thành các nhóm chức bề mặt trong quá trình kích hoạt, cung cấp hướng dẫn lý thuyết để kiểm soát chính xác cấu trúc vi mô của vật liệu cacbon. Trong tương lai, thông qua mô phỏng đa quy mô và thiết kế thử nghiệm thông minh, công nghệ tái kích hoạt carbon sẽ phát triển theo hướng xanh hơn và tùy chỉnh, mở rộng hơn nữa ranh giới ứng dụng trong quản lý môi trường, năng lượng mới và sản xuất cao cấp.