编号：CYYJ03158

篇名：煤基碳材料的高值化应用研究进展

作者： 杨自强1,2；王杰1,2；张耀杰3；屈笑笑1,2,4；俞佳5；何艳宾5；邢宝林1,2,4；李金裕6；石子君7；张传祥1,2,4；徐朗8

关键词： 煤炭; 碳材料; 多维材料工程; 高值化应用;

机构： 1.河南理工大学鄂尔多斯煤炭清洁开发利用研究院2.河南省煤炭绿色转化重点实验室河南理工大学化学化工学院3.鄂尔多斯应用技术学院化学工程学院4.煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心5.哈密职业

摘要： 富煤、贫油、少气的资源禀赋特性决定了煤炭在我国能源消费结构中的主体地位。然而，随着“双碳”战略的持续推进，煤炭利用方式势必要由传统的燃烧为主向煤炭资源清洁高效利用及高附加值转变。发展煤基碳材料是实现煤炭及其衍生物清洁高值化利用的重要途径。煤炭及衍生物具有稠环芳烃网络和多环缩合结构，可通过分子化学裁剪、化学气相沉积及界面组装等工艺，实现煤基功能碳材料从零维到三维的可控制备，将推动煤基功能碳材料的高值化应用。首先介绍了煤及其衍生物（煤沥青、煤系腐植酸）的多尺度结构与组分特性，阐明煤随煤阶的升高芳香化的演变规律。基于煤焦油沥青的高共轭骨架可更易生成类石墨微晶结构，腐植酸具有杂原子自掺杂特性与多级孔道形成能力。随后重点总结了零维碳点、一维碳纳米管、二维石墨烯、三维多孔活性炭、煤基无定形碳和其他煤基碳材料的研究现状；在此基础上，进一步梳理了多维度煤基功能碳材料在电化学储能、荧光材料、防腐和润滑、催化、吸附等领域的高值化应用；揭示了煤沥青预氧化与炭化过程中的结构演变规律及其对储钠行为的影响机制。最后，为进一步推进煤炭资源低碳化、高值化利用，提出了煤基碳材料的规模化生产必须实现环境友好及探寻简便高效技术的展望，以期为煤基碳材料的清洁高效应用提供参考。