Reaktivasi karbon adalah proses utama yang memberikan bahan karbon dengan sifat adsorpsi dan aktivitas permukaan yang sangat baik. Esensinya terletak pada pengaturan struktur mikro dan sifat kimia permukaan matriks karbon melalui cara fisik atau kimia, sehingga mencapai desain fungsi material yang ditargetkan. Selama proses reaktivasi karbon, langkah pertama adalah dekomposisi termal dan karbonisasi prekursor membentuk unit struktural dasar cincin karbon heksagonal yang tersusun secara acak. Unit-unit ini saling berhubungan melalui gaya van der Waals dan ikatan kovalen untuk membentuk kerangka karbon awal. Pada tahap ini, bahan karbon biasanya memiliki luas permukaan spesifik yang rendah dan struktur pori tertutup, sehingga memerlukan pengembangan lebih lanjut ruang internalnya melalui proses aktivasi.
Aktivasi fisik menggunakan uap, karbon dioksida, atau udara sebagai agen aktivasi. Di bawah kisaran suhu 800-1100 derajat , molekul zat aktivasi mengalami reaksi oksidasi dengan atom karbon dalam kerangka karbon. Efek etsa selektif ini terutama terjadi pada lokasi aktif yang lebih energik dalam struktur karbon, misalnya cacat, ikatan tak jenuh, dan sebagainya. Ketika reaksi aktivasi berlanjut, mikropori yang awalnya terbentuk mengembang lapis demi lapis melalui pengetsaan dinding pori, dan interkoneksi antara mikropori yang berdekatan membentuk mesopori, yang pada akhirnya membangun jaringan pori bertingkat yang terdiri dari mikropori, mesopori. Kontrol suhu dan waktu aktivasi yang tepat sangat penting dalam proses ini: suhu yang terlalu rendah akan mengakibatkan laju reaksi aktivasi yang lambat dan perkembangan pori yang tidak sempurna; sedangkan suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pembakaran kerangka karbon yang berlebihan, sehingga mengurangi kekuatan mekanik dan hasil material.
Aktivasi kimia melibatkan pengenalan bahan kimia sebelum atau selama karbonisasi. Mekanismenya lebih kompleks daripada aktivasi fisik dan mencakup efek dehidrasi, katalitik, dan etsa. Dibandingkan dengan aktivasi fisik, aktivasi kimia memiliki keunggulan berupa suhu aktivasi yang lebih rendah dan efisiensi reaksi yang lebih tinggi, dan pengenalan zat mengubah lingkungan kimia permukaan bahan karbon - misalnya, aktivasi asam fosfat dapat mempertahankan lebih banyak oksigen-yang mengandung gugus fungsi, sedangkan aktivasi kalium hidroksida cenderung membentuk permukaan basa yang kaya elektron-.
Modifikasi permukaan selama proses reaktivasi karbon merupakan aspek penting lainnya untuk meningkatkan sifat spesifik material. Dalam lingkungan reaksi aktivasi bersuhu tinggi, permukaan bahan karbon mengalami reaksi kimia dengan zat aktivasi dan gas pengotor di atmosfer, membentuk oksigen yang mengandung gugus fungsi misalnya hidroksil, karboksil, dan sebagainya, serta sejumlah kecil gugus nitrogen dan sulfur. Jenis dan jumlah gugus fungsi ini secara langsung mempengaruhi keterbasahan permukaan, kinerja elektrokimia, dan selektivitas adsorpsi bahan karbon - misalnya, penambahan gugus karboksil dapat secara signifikan meningkatkan kemampuan khelasi bahan untuk kation logam berat, sedangkan keberadaan nitrogen jenis piridin-dapat meningkatkan aktivitas katalitiknya dalam reaksi reduksi oksigen. Selain itu, cacat permukaan (seperti kekosongan tunggal, kekosongan ganda, dan cacat topologi) yang dihasilkan selama proses aktivasi menyediakan banyak situs aktif untuk material, menunjukkan keunggulan unik dalam penyimpanan energi, konversi katalitik, dan bidang lainnya.
Dari mekanisme mikroskopis hingga kinerja makroskopis, pengembangan teknologi reaktivasi karbon selalu didasarkan pada hukum korelasi "struktur - kinerja - aplikasi". Dengan penerapan teknik karakterisasi tingkat lanjut seperti radiasi sinkrotron dan mikroskop elektron terkoreksi aberasi, para peneliti telah memperoleh pemahaman lebih dalam tentang proses dinamis evolusi pori dan mekanisme pembentukan gugus fungsi permukaan selama proses aktivasi, memberikan panduan teoritis untuk secara tepat mengendalikan struktur mikro bahan karbon. Di masa depan, melalui simulasi multi-skala dan desain eksperimental yang cerdas, teknologi reaktivasi karbon akan berkembang ke arah yang lebih ramah lingkungan dan disesuaikan, sehingga semakin memperluas batasan penerapannya dalam tata kelola lingkungan, energi baru, dan manufaktur-kelas atas.