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活性炭在許多吸附過程中伴有催化反應，表現出催化劑的活性。例如活性炭吸附二氧化硫經催化氧化變成三氧化硫。如將碳素物質，例如煤、褐煤、木頭或石油瀝青，在無空氣的情況下加熱，則大量物質揮發而留下多孔結構的炭，它通常也含有氫、然后通過水蒸氣或二氧化碳的控制氧化法，使它進一步擴孔和提高總表面積，以達活化目的。活性炭可含有高達約10%（質量）的氧，它以酮、羥基或羧酸的化學吸附的形式遮蓋著表面的大部分，這些含氧物種能使活性炭的吸附特性與在惰性氣體中或在還原條析下加熱的炭大小相同，表面積可高達1200m2/g。
由于活性炭有特異的表面含氧化合物或絡合物的存在，對多種反應具有催化劑的活性，例如使氯氣和一氧化碳生成光氣。活性炭和載持物之間會形成絡合物，這種絡合物催化劑使催化活性大增，例如載持鈀鹽的活性炭，即使沒有銅鹽的催化劑存在，烯烴的氧化反應也能催化進行，而且速度快、選擇性高。
由于活性炭具有發達的細孔結構、巨大的內表面積和很好的耐熱性、耐酸性、耐堿性，可作為催化劑的載體。例如，有機化學中加氫、脫氫環化、異構化等的反應中，活性炭是鉑、鈀催化劑的優良載體。
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