การกระตุ้นคาร์บอนเป็นกระบวนการสำคัญที่ทำให้วัสดุคาร์บอนมีคุณสมบัติการดูดซับและกิจกรรมพื้นผิวที่ดีเยี่ยม สาระสำคัญอยู่ที่การควบคุมโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวของเมทริกซ์คาร์บอนด้วยวิธีทางกายภาพหรือทางเคมี ดังนั้นจึงบรรลุการออกแบบฟังก์ชันวัสดุที่ตรงเป้าหมาย ในระหว่างกระบวนการกระตุ้นคาร์บอนอีกครั้ง ขั้นตอนแรกคือการสลายตัวด้วยความร้อนและการทำให้เป็นคาร์บอนของสารตั้งต้นซึ่งก่อตัวเป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของวงแหวนคาร์บอนหกเหลี่ยมที่จัดเรียงแบบสุ่ม หน่วยเหล่านี้เชื่อมต่อกันผ่านแรง van der Waals และพันธะโควาเลนต์เพื่อสร้างกรอบคาร์บอนเริ่มต้น ในขั้นตอนนี้ วัสดุคาร์บอนมักจะมีพื้นที่ผิวจำเพาะต่ำและมีโครงสร้างรูพรุนแบบปิด ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนาพื้นที่ภายในเพิ่มเติมผ่านกระบวนการกระตุ้น
การกระตุ้นทางกายภาพใช้ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ หรืออากาศเป็นสารกระตุ้น ภายใต้ช่วงอุณหภูมิ 800-1100 องศา โมเลกุลของสารกระตุ้นการทำงานจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอะตอมของคาร์บอนในเฟรมเวิร์กของคาร์บอน เอฟเฟกต์การกัดแบบเลือกสรรนี้เกิดขึ้นเป็นพิเศษที่บริเวณที่มีปฏิกิริยาแอคทีฟที่มีพลังมากกว่าในโครงสร้างคาร์บอน เช่น ข้อบกพร่อง พันธะไม่อิ่มตัว และอื่นๆ ในขณะที่ปฏิกิริยากระตุ้นยังคงดำเนินต่อไป ไมโครพอร์ที่ก่อตัวขึ้นในตอนแรกจะขยายตัวทีละชั้นผ่านการแกะสลักของผนังรูพรุน และการเชื่อมต่อระหว่างไมโครพอร์ที่อยู่ติดกันจะทำให้เกิดมีโซพอร์ ซึ่งท้ายที่สุดก็สร้างเครือข่ายรูพรุนหลายระดับที่ประกอบด้วยไมโครพอร์และเมโซพอร์ การควบคุมอุณหภูมิและเวลาในการกระตุ้นอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการนี้ อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปจะส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยากระตุ้นช้าลงและการพัฒนารูพรุนไม่สมบูรณ์ ในขณะที่อุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้โครงกระดูกคาร์บอนไหม้มากเกินไป ส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงกลและผลผลิตของวัสดุลดลง
การกระตุ้นทางเคมีเกี่ยวข้องกับการแนะนำสารเคมีก่อนหรือระหว่างการทำให้เป็นคาร์บอน กลไกของมันซับซ้อนกว่าการกระตุ้นทางกายภาพ และรวมถึงผลกระทบจากภาวะขาดน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยา และการกัดเซาะ เมื่อเปรียบเทียบกับการกระตุ้นทางกายภาพ การกระตุ้นทางเคมีมีข้อดีคืออุณหภูมิในการกระตุ้นต่ำกว่าและประสิทธิภาพในปฏิกิริยาสูงขึ้น และการนำสารเข้ามาเปลี่ยนสภาพแวดล้อมทางเคมีของพื้นผิวของวัสดุคาร์บอน - ตัวอย่างเช่น การกระตุ้นด้วยกรดฟอสฟอริกสามารถกักเก็บออกซิเจน-ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันได้มากขึ้น ในขณะที่การกระตุ้นโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์มีแนวโน้มที่จะสร้างพื้นผิวอัลคาไลน์ที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน-
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวในระหว่างกระบวนการกระตุ้นคาร์บอนเป็นอีกแง่มุมที่สำคัญในการเพิ่มคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-ของปฏิกิริยากระตุ้น พื้นผิวของวัสดุคาร์บอนจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับสารกระตุ้นการกระตุ้นและก๊าซเจือปนในบรรยากาศ ทำให้เกิดออกซิเจน-ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันสำหรับอีเอ็กซ์เพิลไฮดรอกซิล คาร์บอกซิล และอื่นๆ เช่นเดียวกับกลุ่มไนโตรเจนและซัลเฟอร์จำนวนเล็กน้อย ประเภทและปริมาณของหมู่ฟังก์ชันเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการเปียกของพื้นผิว สมรรถนะทางเคมีไฟฟ้า และการเลือกการดูดซับของวัสดุคาร์บอน - ตัวอย่างเช่น การแนะนำหมู่คาร์บอกซิลสามารถเพิ่มความสามารถในการขับของวัสดุสำหรับแคตไอออนของโลหะหนักได้อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่การมีไนโตรเจนประเภทไพริดีน-สามารถปรับปรุงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการลดออกซิเจนได้ นอกจากนี้ ข้อบกพร่องที่พื้นผิว (เช่น ตำแหน่งงานว่างเดี่ยว ตำแหน่งงานว่างสองครั้ง และข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยี) ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเปิดใช้งานทำให้เกิดพื้นที่ใช้งานจำนวนมากสำหรับวัสดุ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครในด้านการจัดเก็บพลังงาน การแปลงตัวเร่งปฏิกิริยา และสาขาอื่น ๆ
จากกลไกระดับจุลทรรศน์ไปจนถึงประสิทธิภาพระดับมหภาค การพัฒนาเทคโนโลยีการเปิดใช้งานคาร์บอนใหม่นั้นขึ้นอยู่กับกฎความสัมพันธ์ของ "การใช้งานโครงสร้าง - ประสิทธิภาพ -" มาโดยตลอด ด้วยการใช้เทคนิคการระบุลักษณะขั้นสูง เช่น การแผ่รังสีซินโครตรอนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแก้ไขความคลาดเคลื่อน- นักวิจัยได้รับความเข้าใจอย่างลึกซึ้งมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการไดนามิกของการวิวัฒนาการของรูพรุนและกลไกการก่อตัวของกลุ่มฟังก์ชันที่พื้นผิวในระหว่างกระบวนการกระตุ้น ซึ่งเป็นแนวทางทางทฤษฎีสำหรับการควบคุมโครงสร้างจุลภาคของวัสดุคาร์บอนอย่างแม่นยำ ในอนาคต ผ่านการจำลองหลาย-ขนาดและการออกแบบการทดลองที่ชาญฉลาด เทคโนโลยีการกระตุ้นคาร์บอนจะพัฒนาไปสู่ทิศทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและปรับแต่งได้มากขึ้น ซึ่งจะขยายขอบเขตการใช้งานในด้านธรรมาภิบาลสิ่งแวดล้อม พลังงานใหม่ และการผลิต-ระดับไฮเอนด์