鞏冠群，張英杰，袁 鑫，徐良偉

(1. 中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116； 2. 中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

近年研究發(fā)現(xiàn)自然儲量豐富的煤炭資源可作功能炭材料碳源[1-4]；sp1,sp2,sp3不同雜化碳原子構(gòu)成了豐富多彩的碳材料家族[1,3-7]；以煤組分分子為原料可以制備煤基活性炭、碳分子篩等多種煤基傳統(tǒng)炭材料[2-5]，也可以制備sp1雜化碳納米管、sp2或sp3雜化碳量子點(diǎn)、sp2雜化石墨烯等前沿碳材料[1,6-7]，以及碳/碳復(fù)合材料、碳基金屬材料等新型多功能煤基炭材料[1,3,7-8]。

根據(jù)具體應(yīng)用領(lǐng)域的特性差異，純碳材料和不同元素?fù)诫s特性功能材料成為目前煤基炭材料的研究主體?；诓煌瑂pn型雜化碳原子構(gòu)成的煤基炭材料，功能、性質(zhì)各具特色，尤其是其中的大比表面、多孔且官能團(tuán)富集雜化碳材料，廣泛用于生命科學(xué)、航空航天、光電及儲能材料等領(lǐng)域[3-8]。因此煤基碳源的大比表面多孔先進(jìn)功能炭材料生成方法、機(jī)理及特性研究，對于煤炭高效利用及推動能源、資源及先進(jìn)功能材料等多學(xué)科基礎(chǔ)理論及應(yīng)用研究具有重要科學(xué)意義。

1 煤基炭材料定向可控生成與結(jié)構(gòu)性能

1.1 煤基活性炭類

煤基活性炭類炭材料具有豐富孔隙和較大比表面，主要包括活性炭、多孔炭球、活性半焦及焦炭、碳分子篩、多孔炭纖維、泡沫炭等多孔炭材料；根據(jù)其不同生成方法及結(jié)構(gòu)差異，展現(xiàn)出功能各異的特性與優(yōu)勢。

1.1.1活性炭

煤分子碳骨架、碳支鏈及豐富含碳官能團(tuán)構(gòu)成特點(diǎn)，使得生成的煤基活性炭與其他活性炭相比優(yōu)勢顯著，有著發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，且比表面積較一般活性炭更大，具有突出的吸附分離性能[4-5]。

煤基活性炭生成過程包括炭化和活化，按照活化方法不同可以分為物理活化、化學(xué)活化及物理化學(xué)活化[6-11]。物理活化法是在惰性氣氛中將原料煤炭化，過程中所形成的半焦與氣體活化劑進(jìn)行活化反應(yīng)生成活性炭；其中活化劑一般為水蒸氣和CO2；化學(xué)活化法是在活性炭制備過程中，利用化學(xué)試劑的定向催化作用進(jìn)行可控炭化活化，從而調(diào)節(jié)活性炭孔結(jié)構(gòu)；常用化學(xué)活化劑有H3PO4,ZnCl2,NaOH及KOH等；物理化學(xué)活化法是借助化學(xué)試劑定向催化與氣體活化劑進(jìn)行聯(lián)合活化制備活性炭，根據(jù)需要對活性炭孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向調(diào)控[4-5,9]。

樊麗華等[9]以褐煤和褐煤基無灰煤為原料,采用 KOH 直接活化法制備了高比表面積褐煤基活性炭(HM-ACs)和無灰煤基活性炭(HPC-ACs)，均具有良好的雙電層電容特性(圖1)，循環(huán)伏安曲線(CV)(圖2)沒有明顯的氧化還原峰，表現(xiàn)出良好的可逆性和電容特性，HPC-ACs充放電性能、倍率特性均優(yōu)于HM-ACs，更適用于雙電層電容器的電極材料。

圖1 活性炭在5 mV/s掃描速率下的恒流充放電曲線[9]Fig.1 GC curves of activated carbons at a scan rate of 5 mV/s[9]

圖2 活性炭的循環(huán)伏安曲線[9]Fig.2 CV curves of activated carbons[9]

以無煙煤為原料，通過CO2與KOH進(jìn)行物理化學(xué)兩步活化定向可控生成超級電容器用的煤基活性炭，與物理活化相比，物理化學(xué)兩步活化所得目標(biāo)活性炭的總孔容和中孔率明顯增加，對應(yīng)的電極材料在紐扣式超級電容器體系下，比電容達(dá)165.5 F/g[11]。

1.1.2多孔炭球

球形炭材料(SC)又稱多孔炭球，具有規(guī)則的幾何形狀、大的比表面積以及可控的粒徑等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于吸附、電化學(xué)、催化等領(lǐng)域[12-14]。

李君等[15]以新疆庫車煤為原料，采用電弧放電法制備煤基球形炭(CSC)，再經(jīng)系列化學(xué)活化定向構(gòu)建出了活性多孔結(jié)構(gòu)煤基球形炭CSPC-1,CSPC-2,CSPC-3,CSPC-4(圖3)。在100 mA/g的電流密度下，此煤基球形多孔炭的首次放電比容量可達(dá)到1 188.9 mA·h/g；且循環(huán)穩(wěn)定性良好，經(jīng)歷200圈循環(huán)后的放電比容量仍可達(dá)844.9 mA·h/g。

圖3 CSC，CSPC-1，CSPC-2，CSPC-3，CSPC-4的FESEM及CSPC-3的TEM[15]Fig.3 FESEM images of CSC,CSPC-1,CSPC-2,CSPC-3 and CSPC-4,and the TEM image of CSPC-3[15]

徐園園等[16]以新疆煤為原料,采用水蒸氣活化一步法制備出多孔炭材料，在6 mol/L的KOH電解液中，三電極體系材料電容值可達(dá)149 F/g，兩電極超級電容器具有良好的長循環(huán)穩(wěn)定性，30 000次循環(huán)后容量幾乎無衰減。

1.1.3活性半焦及活性焦炭

活性半焦及活性焦炭多以煤基制品為主。半焦經(jīng)KOH等堿化學(xué)活化法活化，可制備出孔隙發(fā)達(dá)、孔分布比較均勻的活性半焦，具有中間相分子的排列有序性和活性炭類材料高比表面積的特點(diǎn)?；钚园虢辜盎钚越固勘砻婧鯊?fù)合物及羥基、羧基、醚、酯類官能團(tuán)豐富[17-18]，在催化及吸脫附上具有顯著優(yōu)勢。

對焦炭進(jìn)行活化可制得活性焦。翟祥等[18]以煤低溫干餾后的半焦為原料，通過堿性活化，升溫到600 ℃加熱2 h，最終得到性質(zhì)優(yōu)良的活性焦，孔徑主要分布在2～20 nm，2～3 nm孔道數(shù)量最多，屬于納米微孔炭材料(圖4)；其比表面積達(dá)到了347.39 m2/g，預(yù)示較強(qiáng)的吸附性能。由于多數(shù)活性焦生成時(shí)在其分子結(jié)構(gòu)中摻雜了硫、磷等非金屬可變價(jià)態(tài)元素，可在儲能材料、非均相分離及氧化還原特種材料上提供特殊用途。

圖4 半焦及活化半焦的孔徑分布對比[18]Fig.4 Pore size distribution of the semicoke before and after activation[18]

1.1.4碳分子篩

褐煤及無煙煤等已成碳分子篩(CMS)制備的主要碳源[19-21]。煤基CMS屬非極性的碳基吸附劑，吸附主要靠范德華力，具有疏水性。 CMS篩孔半徑多小于1 nm，吸附能力不及活性炭，但篩孔微小半徑能阻止大分子進(jìn)入，而且能使不同尺度分子在微孔中因擴(kuò)散速率不同被分離。

王德超等[20]以無煙煤為碳質(zhì)前驅(qū)體，采用炭化-活化-苯類氣相碳沉積工藝制備了平均孔徑為0.70 nm 煤基CMS(圖5)，微孔占比達(dá)61%；煤基CMS比表面積達(dá)1 847 m2/g，總孔容為1.0 cm3/g，微孔孔容為0.61 cm3/g，對CH4與N2的分離系數(shù)為3.1。

目前煤基CMS孔徑分布以層級孔自由分布為主，通過不同尺度孔的生成定向控制或均一化，會對小分子均相分離或純化產(chǎn)生關(guān)鍵性影響，也將是未來煤基CMS可控生成及特性應(yīng)用的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

圖5 煤基CMS的表面微觀形貌Fig.5 Surface micromorphology of coal-based CMS

1.1.5炭納米纖維及多孔炭纖維

炭納米纖維(CNFs)是尺度介于普通炭纖維和碳納米管之間的一維炭材料，直徑一般在10～500 nm，分為空心和實(shí)心2種。對炭纖維活化處理可得到活性炭纖維，由于活化劑造孔，亦可稱為多孔炭纖維(ACF)。目前活化法制備煤基多孔炭纖維的3個(gè)步驟：先利用靜電紡絲制備纖維，再經(jīng)高溫炭化可得到炭纖維，最后對炭纖維進(jìn)行物理或化學(xué)法活化處理。

何一濤等[22]以新疆庫車煤與聚丙烯腈(PAN)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)共作用，通過靜電紡絲法制備煤基納米炭纖維(CBCNFs)前驅(qū)體，經(jīng)高溫炭化及CO2活化得到煤基超級電容器電極材料，比表面積可達(dá)877 m2/g，在電流密度為1 A/g時(shí)，煤基活化炭纖維的比電容為259.7 F/g，在1 000次循環(huán)充放電后比電容仍然保持99.2%。郭繼璽等[23]以新疆黑山原煤和PAN為原料，采用靜電紡絲制備了柔性CBCNFs，經(jīng)過低溫等離子體技術(shù)對其進(jìn)行改性，再與KMnO4發(fā)生氧化還原作用，制備CBCNFs/MnO2復(fù)合材料(圖6)，由圖可見CBCNFs的長、徑尺度均一、缺陷少，尤其是其高度均勻的表面負(fù)載，易于改性修飾，顯示優(yōu)異的物化、材料及電學(xué)特性。

圖6 煤基CBCNFs和煤基CBCNFs/MnO2復(fù)合 材料場發(fā)射掃描電鏡照片[23]Fig.6 FESEM images of coal-based CBCNFs and coal-based CBCNFs/MnO2 composite[23]

CBCNFs與其他碳源制備的CNFs一樣具有比表面大、長徑比尺度區(qū)間大、結(jié)構(gòu)致密且具有柔性等結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)還具備化學(xué)氣相沉積法生長的普通炭纖維的熱穩(wěn)定性、高導(dǎo)電、高比模量、低密度、耐腐蝕、高比強(qiáng)度等特性[22-23]，因此未來在超級電容器、航空航天、儲氫材料、醫(yī)療、燃料電池電極及高端紡織中將有廣泛應(yīng)用。

1.1.6泡沫炭

煤基泡沫炭(CF)是形似海綿，具有高抗壓強(qiáng)度、低密度、大比表面積、高開孔率的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔泡沫材料[24-29]。不同碳源生成的泡沫炭微觀結(jié)構(gòu)又各有特點(diǎn)。CALVO等[26]、GALLEGO等[27]指出，煤在熱塑性溫度下會發(fā)生發(fā)泡形成圓形開孔為主泡沫炭；在固化溫度以上發(fā)泡，不規(guī)則開孔數(shù)會增加，溫度對煤基泡沫炭氣孔影響較大。

徐國忠等[28]以肥煤為前驅(qū)體制備煤基炭泡沫,研究發(fā)現(xiàn)發(fā)泡壓力、溫度和時(shí)間對炭泡沫孔結(jié)構(gòu)均有影響。發(fā)泡壓力的增大導(dǎo)致炭泡沫的孔胞密度增加,臨界成核半徑降低,同時(shí)加劇了熱聚合反應(yīng),導(dǎo)致膠質(zhì)體的黏度增大,不利于孔胞長大(圖7)，影響孔胞直徑尺度分布(圖8)；另外，升高發(fā)泡溫度使氣體在膠質(zhì)體的溶解度降低，孔胞長大受限；發(fā)泡時(shí)間的延長會使熱聚合更加充分,影響膠質(zhì)體黏度,進(jìn)而影響孔結(jié)構(gòu)；搗固壓力提高,煤基炭泡沫孔胞密度逐漸增大，孔胞直徑減小。

圖7 不同發(fā)泡壓力下炭泡沫孔胞的 SEM 照片[28]Fig.7 SEM images of pore cell of carbon foams under different foaming pressures[28]

圖8 發(fā)泡壓力對炭泡沫孔胞直徑分布、孔喉直徑分布及平均孔胞直徑的影響[28]Fig.8 Effect of foaming pressure on pore cell diameter distribution,pore throat distribution diameter and mean cell diameter of carbon foams[28]

1.2 碳納米管

煤基碳納米管(CNTs)常見制備方法有：化學(xué)氣相沉積法、電弧法、催化裂解法等，電弧放電法操作簡單，原料適應(yīng)性強(qiáng)因此應(yīng)用較多。

碳源廉價(jià)易得且特性穩(wěn)定的煤基CNTs作為韌性好、質(zhì)量輕的一維碳納米材料，具有優(yōu)異的材料及電學(xué)性能。安玉良等[30]以煤氣為碳源采用化學(xué)氣相沉積法制備單壁碳納米管(SWNTs)，以此SWNTs制備的電極電容量較高，經(jīng)300個(gè)循環(huán)充放電后，充放電曲線基本沒有太大變化。吳霞等[31]利用電弧放電技術(shù)，通過新疆煤基碳棒放電制備碳納米管，其所得竹節(jié)狀中空CNTs形狀規(guī)則，徑向尺度200 nm，表面缺陷密度小、成型均一(圖9)。據(jù)此結(jié)構(gòu)與特性，煤基CNTs可用于儲能材料、電極電容器、化學(xué)傳感器及電子發(fā)射源等多領(lǐng)域。

圖9 煤基碳納米管的場發(fā)射電鏡(FESEM)圖[31]Fig.9 FESEM images of coal-based CNTs[31]

1.3 石墨烯

煤制石墨烯及氧化石墨烯是近年的創(chuàng)新研究。根據(jù)煤組分分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成，煤作為天然優(yōu)質(zhì)廉價(jià)碳源合成石墨烯是具有理論、技術(shù)和現(xiàn)實(shí)可能性的[32-38]。煤基石墨烯制備多用氧化還原法，所得石墨烯一般具有較大的缺陷密度，但是綜合優(yōu)點(diǎn)還很多，如，大比表面、多孔及官能團(tuán)多等，仍然可作一種性能良好的炭材料。

張亞婷[32]對太西煤采用改進(jìn)的Hummers氧化法制備出煤基氧化石墨，再經(jīng)超聲、離心處理，得到煤基氧化石墨烯；這些氧化石墨烯表面帶有一定的褶皺，尺度較大，薄層且有一定程度的透光性，類似單層石墨烯特性(圖10)，薄層疊加增生累積效應(yīng)。水熱合成法制得Fe2O3與煤基石墨烯納米復(fù)合材料，作為鋰離子電池陽極，以0.2 A/g條件100次循環(huán)后，仍有較高的電容量(1 000 mA·h/g)[7]，顯示良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖10 煤基石墨烯SEM及TEM圖[32]Fig.10 Coal-based graphene SEM and TEM images[32]

趙春寶等[33]用太西煤為原料，經(jīng)碳化硅冶煉爐石墨化處理和改良Hummers法氧化，后利用水合肼還原制備理想的大比表面空間薄片分層煤基石墨烯，具有良好的電化學(xué)性能，在電流密度0.5 A/g下，充放電1 000次后煤基石墨烯電極材料的比電容量仍達(dá)到105.5 F/g。

XING等[34]以無煙煤為前驅(qū)體，通過石墨化與氧化-快速熱還原制備出高度連續(xù)的波紋狀納米薄膜石墨烯，具有微細(xì)-宏觀層次多孔結(jié)構(gòu)，高比表面積(640 m2/g)，大孔容積(3.79 cm3/g)，其大量的結(jié)構(gòu)缺陷和納米孔，為鋰離子的儲存提供了充足的活性位點(diǎn)，也為鋰離子和電子的快速傳輸提供了有利途徑。SIERRA等[35]研究煤焦炭合成氧化石墨烯發(fā)現(xiàn)，焦炭結(jié)晶越大，氧化石墨烯收率越高，生成尺度越大。

VIJAPUR等[36]研究揭示煙煤在銅基底上制備煤基石墨烯薄膜的生長機(jī)理，首先在氫氣環(huán)境對銅進(jìn)行退火，然后對煤進(jìn)行閃速熱解；生長機(jī)制包括銅催化反應(yīng)，在合成的最初幾分鐘內(nèi)生成碳膜，然后氫催化碳膜石墨化，構(gòu)建石墨烯結(jié)構(gòu)域，最終形成石墨烯薄膜。

近年以煤等不同碳源制備石墨烯及復(fù)合材料發(fā)展很快[35-37]，以煤為原料生成煤基石墨烯，然后與聚丙烯腈通過靜電紡絲技術(shù)復(fù)合，能制得煤基石墨烯/炭納米纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料有規(guī)整層間空隙結(jié)構(gòu)(圖11)，比電容值是同樣條件下純碳納米纖維的2.57倍[38]，性能優(yōu)化很多。LIN等[39]研究發(fā)現(xiàn)：石墨烯生長條件對石墨烯疇區(qū)尺寸、生長速度、形貌、缺陷和質(zhì)量方面都有影響。因此，煤基石墨烯和氧化石墨烯的生成需要從分子碳源特點(diǎn)、過程條件和穩(wěn)定控制上給以充分考慮，有選擇，有優(yōu)化。

圖11 煤基石墨烯/炭納米纖維復(fù)合材料的SEM及TEM圖[38]Fig.11 SEM and TEM images of coal-based graphene/ carbon nanofiber composites[38]

1.4 碳量子點(diǎn)

煤制碳量子點(diǎn)(CQDs)也是近年來前沿碳材料領(lǐng)域新亮點(diǎn)。作為一類高度分散于溶劑中的納米材料，CQDs粒徑小于10 nm，由碳質(zhì)核心與表面基團(tuán)組成，核一般以sp2雜化碳原子構(gòu)成為主，表面帶有大量—OH，—COOH 等含氧基團(tuán)[40-41]，這與低階煤基炭材料的化學(xué)、物化性質(zhì)類似，奠定了煤基碳量子點(diǎn)制備的科學(xué)基礎(chǔ)。煤基CQDs制備方法主要有：模板法、水熱/熱液法、超聲法、微波法、氧化熱解法等。

張卜等[42]以新疆五彩灣煤通過混酸(H2SO4+HNO3)/超聲結(jié)合法制備多孔富含含氧官能團(tuán)煤基碳量子點(diǎn)，可作為熒光探針檢測水體中的金屬離子，痕量Cu2+存在即能發(fā)生熒光猝滅，對Cu2+的檢出限低達(dá)9.6 nmol/L。ZHANG等[43]以無煙煤為碳源生成藍(lán)色發(fā)光石墨衍生量子點(diǎn)，也對Cu2+具有靈敏的響應(yīng)。

孟勛等[44]對煤基瀝青用HCOOH和H2O2配比溶液氧解制備出大比表面煤基CQDs(圖12)，產(chǎn)量高達(dá)49%，經(jīng)修飾及用N,P共摻雜，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的光催化氧化性，可作為pH值檢測熒光比色探針，隨著pH值逐漸升高，550 nm處的峰逐漸變?nèi)酰?30 nm處的峰逐漸變強(qiáng)；另外，煤基CQDs在環(huán)境光及激光照射下光致感光的不同顏色反應(yīng)(圖13)，為在電子傳感及光學(xué)領(lǐng)域特色鑒別、分析應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

圖12 碳量子點(diǎn)的高分辨透射電鏡(HRTEM)圖[44]Fig.12 HRTEM image of CQDs[44]

圖13 乙醇稀釋的碳量子點(diǎn)溶液在環(huán)境光及 405 nm激光束照射下的照片[44]Fig.13 Photographs of ethanol diluted CQDs solution irradiated by ambient light and 405 nm laser beams[44]

研究發(fā)現(xiàn)，添加煤基CQDs的聚丙烯腈基靜電紡絲炭納米纖維織物(ECNFs)彈性模量比純聚丙烯腈衍生物提高了7倍以上，然而，當(dāng)用化學(xué)還原法去除CGQD上的含氧官能團(tuán)時(shí)，幾乎沒有觀察到這種改善(圖14)[45]；可以推斷煤基CQDs官能團(tuán)反應(yīng)活性促進(jìn)了復(fù)合材料形成致密、高強(qiáng)度、柔性碳骨架。

煤分子結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)會在煤基CQDs中起到特性修飾作用，也為多孔大比表面空間結(jié)構(gòu)奠定物化基礎(chǔ)，因此，煤基CQDs相比一般CQDs具有顯著多孔大比表面結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)富集特性優(yōu)勢，科學(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域潛力大。

圖14 添加CGQD的聚丙烯腈基靜電紡絲炭納米纖維織物ECNFs[45]Fig.14 ECNFs of added CGQD[45]

2 煤基炭材料科學(xué)前沿應(yīng)用與展望

不同spn型雜化碳原子構(gòu)建出不同特性材料分子，據(jù)此制備生成的煤基大比表面、多孔、含氧官能團(tuán)富集的炭材料顯示出廣闊的應(yīng)用前景。生命科學(xué)領(lǐng)域是煤基炭材料未來主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，利用小尺度、多孔及官能團(tuán)富集特點(diǎn)固載葡萄糖氧化酶,棒狀煤基活性炭作為工作電極能夠?qū)υ撁复俜磻?yīng)有很好的響應(yīng)[46]，可應(yīng)用于生物傳感器。納米大比表面煤基CQDs無毒，具有生物相容性，是將來進(jìn)行生物成像及分子檢測的工具，如，氨芐青霉素對碳量子點(diǎn)具有熒光增強(qiáng)效應(yīng),由此建立一種檢測氨芐青霉素的分析方法，氮摻雜CQDs鋰離子印跡傳感器已實(shí)現(xiàn)了環(huán)境鋰離子痕量檢測；利用CQDs光電學(xué)特性與LED結(jié)合實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光已實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，未來潛力巨大。石墨烯及其復(fù)合材料在光纖通信、彎曲視屏、可穿戴能源、高儲能電容、示蹤材料等電子信息與新能源領(lǐng)域已開始實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，未來將會在多領(lǐng)域拓展、完善和創(chuàng)新應(yīng)用。

隨著研究深入，不同spn型雜化碳原子構(gòu)建的煤基多孔炭、煤基軟炭、陽離子負(fù)載的活性炭、煤基石墨烯/煤基氧化石墨烯及其復(fù)合材料等[47-51]，也都因多孔、大比表面及特性官能團(tuán)富集顯示出優(yōu)良電學(xué)(如電感、電極及超級電容器等)性能、熱傳導(dǎo)及化學(xué)催化效果。新出現(xiàn)的煤基腐植酸炭材料[52]在污水處理、氣體凈化、農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復(fù)領(lǐng)域?qū)⑹俏磥砩鷳B(tài)修復(fù)及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新亮點(diǎn)；尤其是和農(nóng)藥摻兌發(fā)生藥理作用后再使用，可以高效殺滅害蟲并同時(shí)有效降低殘留藥物環(huán)境毒性；與有機(jī)肥料螯合反應(yīng)后可以提高肥料利用率并刺激農(nóng)業(yè)作物生長。

綜合來看，目前基于煤基碳源的多孔大比表面先進(jìn)功能雜化炭材料種類多、特性優(yōu)、用途廣，未來通過多學(xué)科交叉協(xié)同創(chuàng)新，將具有重要理論科學(xué)研究價(jià)值及很多科學(xué)前沿應(yīng)用。

3 結(jié) 語

不同雜化碳原子構(gòu)成了豐富碳材料體系；以煤為源可以制備煤基活性炭、碳分子篩等多種煤基傳統(tǒng)炭材料和石墨炔、碳納米管、腐植酸等新型優(yōu)質(zhì)炭材料。通過煤基炭材料定向可控生成與結(jié)構(gòu)性能研究，表明煤為碳源在吸附、凈化及電化學(xué)等傳統(tǒng)炭材料領(lǐng)域制備上的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和穩(wěn)定可靠來源特點(diǎn)，同時(shí)展現(xiàn)出在炭纖維、碳量子點(diǎn)、氧化石墨烯等優(yōu)質(zhì)炭材料規(guī)?；苽渖系奶荚礉摿?；煤基炭材料在輕質(zhì)、大比表面、多孔、特性官能團(tuán)及無毒價(jià)廉等宏、微觀結(jié)構(gòu)特征研究，為高效儲能、光電示蹤、醫(yī)療傳感、生態(tài)修復(fù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等特性應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)理論研究支撐。