煤基纳米功能材料的制备与应用研究进展
李神勇1
秦身钧2
门长全1
侯佳佳1
吕大炜3
郑雪3
庞薇1
郝龙龙4
赵道远1
章少卓1
1.河北工程大学材料科学与工程学院,河北 邯郸 0560382.河北工程大学材料科学与工程学院,河北 邯郸 056038;河北工程大学地球科学与工程学院,河北 邯郸 0560383.山东科技大学地球科学与工程学院,山东 青岛 2665904.河北工程大学地球科学与工程学院,河北 邯郸 056038
摘要：我国"富煤、贫油、少气"的资源禀赋决定了煤炭在能源体系中的基础地位,但传统燃煤利用作为主要碳排放源,与"双碳"目标存在根本性矛盾.通过煤炭清洁高效利用实现高碳资源低碳化转型,既是保障能源安全的现实需求,也是培育新质生产力的战略路径.纳米材料因其独特的量子效应与表面特性,在电子信息、新能源、生物医药、环境治理等领域展现出独特优势.煤炭有机质中的稠环芳烃网络和无机组分(如硅铝酸盐)为功能材料构建提供了结构基元,前者通过定向碳重排可转化为零维碳量子点、二维石墨烯及碳纳米管等纳米碳材料;后者经矿相重构可合成分子筛、介孔材料等纳孔体系,其中未燃尽碳与无机灰分共存的"碳-灰复合体"为功能化设计提供了新思路.系统分析了煤基纳米材料的"结构-性能"调控机制,解析煤炭有机质分子构效关系及热化学转化路径对碳纳米材料维度的影响规律,发现碳纳米材料维度受煤变质程度主导,详细综述煤基纳米材料的制备技术及其在锂电池负极材料、电催化、污染物检测等领域的应用进展;阐明了煤基固废中硅铝矿相演变与纳孔材料合成机理,探讨硅铝基纳米级孔隙结构材料等在CO2捕集、重金属吸附等环境治理中的潜力.当前研究需突破原料组分非均质性导致的产物一致性差、酸碱处理工艺的环境风险等瓶颈,未来应聚焦分子尺度结构精准解析、多源固废协同转化、绿色制备工艺开发等研究方向.随着"原料替代"战略推进与纳米技术迭代,煤基纳米材料有望成为煤炭增值利用的新兴方向,为构建清洁煤基材料工业体系提供科技支撑.
关键词：煤炭清洁高效利用煤基碳纳米材料硅铝基纳米级孔隙结构材料结构性能调控高值化应用
分类号：TB383.1(工程材料学)TQ536(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(42172191)河北省自然科学基金资助项目(B2024402035)青岛市科技惠民示范专项资助项目(24-1-8-cspz-24-nsh)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3552-3565 )
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