הפעלה מחדש של פחמן היא תהליך מפתח המקנה לחומרי פחמן תכונות ספיחה ופעילות פני השטח מעולים. המהות שלו טמונה בוויסות המיקרו-מבנה והמאפיינים הכימיים של מטריצת הפחמן באמצעים פיזיקליים או כימיים, ובכך להשיג עיצוב ממוקד של פונקציות החומר. במהלך תהליך ההפעלה מחדש של פחמן, השלב הראשון הוא הפירוק התרמי והפחמול של המבשר היוצר יחידות מבניות בסיסיות של טבעות משושה פחמן המסודרות באופן אקראי. יחידות אלה מחוברות זו לזו באמצעות כוחות ואן דר ואלס וקשרים קוולנטיים ליצירת מסגרת הפחמן הראשונית. בשלב זה, לחומר הפחמן יש בדרך כלל שטח פנים ספציפי נמוך ומבנה נקבוביות סגור, המחייב פיתוח נוסף של החלל הפנימי שלו באמצעות תהליך ההפעלה.
הפעלה פיזית משתמשת בקיטור, פחמן דו חמצני או אוויר כסוכני הפעלה. בטווח טמפרטורות של 800-1100 מעלות, מולקולות סוכן ההפעלה עוברות תגובות חמצון עם אטומי הפחמן במסגרת הפחמן. אפקט תחריט סלקטיבי זה מתרחש בעיקר באתרים הפעילים האנרגטיים יותר במבנה הפחמן, למשל פגמים, קשרים בלתי רוויים וכן הלאה. ככל שתגובת ההפעלה נמשכת, המיקרו-נקבוביות שנוצרו בתחילה מתרחבות שכבה אחר שכבה דרך חריטה של דפנות הנקבוביות, והחיבור בין מיקרו-נקבוביות סמוכות יוצר מזופורות, ובסופו של דבר בונה רשת נקבוביות רב-מפלסית המורכבת ממיקרו-נקבובית, מזופורות. השליטה המדויקת של טמפרטורת ההפעלה והזמן היא קריטית בתהליך זה: טמפרטורה נמוכה מדי תגרום לקצב תגובת הפעלה איטי ולפיתוח נקבוביות לא שלם; בעוד שטמפרטורה גבוהה מדי עלולה לגרום לשריפת יתר של שלד פחמן, להפחית את החוזק המכני ואת התפוקה של החומר.
הפעלה כימית כרוכה בהחדרת חומרים כימיים לפני או במהלכה. המנגנון שלו מורכב יותר מהפעלה פיזית וכולל השפעות התייבשות, קטליטיות וחריטה. בהשוואה להפעלה פיזית, להפעלה כימית יש את היתרונות של טמפרטורת הפעלה נמוכה יותר ויעילות תגובה גבוהה יותר, והחדרת החומרים משנה את הסביבה הכימית של פני השטח של חומר הפחמן - לדוגמה, הפעלה של חומצה זרחתית יכולה לשמור יותר חמצן- המכילות קבוצות פונקציונליות, בעוד שהפעלת אשלגן הידרוקסיד נוטה ליצור משטחים אלקליים עשירים{{4}.}
שינוי פני השטח במהלך תהליך הפעלת הפחמן מחדש הוא היבט חשוב נוסף לשיפור התכונות הספציפיות של החומר. בסביבת-הטמפרטורה הגבוהה של תגובת ההפעלה, פני השטח של חומר הפחמן עוברים תגובות כימיות עם חומר ההפעלה וגזי הטומאה באטמוספירה, ויוצרים חמצן-המכילים קבוצות פונקציונליות למשל הידרוקסיל, קרבוקסיל וכן הלאה, כמו גם כמות קטנה של קבוצות חנקן וגופרית. הסוגים והכמויות של קבוצות פונקציונליות אלו משפיעים ישירות על הרטיבות פני השטח, ביצועים אלקטרוכימיים וסלקטיביות ספיחה של חומר הפחמן - לדוגמה, הכנסת קבוצות קרבוקסיל יכולה לשפר באופן משמעותי את יכולת הקלציה של החומר לקטיוני מתכות כבדות, בעוד שנוכחות של חנקן מסוג פירידין- יכולה לשפר את פעילות הפחתת החמצן שלו. בנוסף, פגמי פני השטח (כגון מקומות פנויים בודדים, מקומות פנויים כפולים ופגמים טופולוגיים) שנוצרו במהלך תהליך ההפעלה מספקים אתרים פעילים בשפע לחומר, המדגימים יתרונות ייחודיים באחסון אנרגיה, המרה קטליטית ותחומים אחרים.
מהמנגנון המיקרוסקופי ועד לביצועים המקרוסקופיים, הפיתוח של טכנולוגיית הפעלת פחמן מחדש תמיד התבסס על חוק המתאם של "יישום מבנה - ביצועים -". עם היישום של טכניקות אפיון מתקדמות כגון קרינת סינכרוטרונים ומיקרוסקופ אלקטרוני מתוקנת סטיה-, החוקרים השיגו הבנה עמוקה יותר של התהליך הדינמי של התפתחות נקבוביות ומנגנון היווצרות של קבוצות פונקציונליות פני השטח במהלך תהליך ההפעלה, מה שמספק הדרכה תיאורטית לשליטה מדויקת במבנה המיקרו של חומרי פחמן. בעתיד, באמצעות סימולציה בקנה מידה רב- ותכנון ניסיוני אינטליגנטי, טכנולוגיית הפעלה מחדש של פחמן תתפתח לכיוון ירוק ומותאם אישית יותר, ותרחיב עוד יותר את גבולות היישום שלה בממשל סביבתי, אנרגיה חדשה וייצור- מתקדם.