煤基多孔大比表面前沿杂化碳材料定向制备及构性

摘要

近年来,随着材料科学的迅速发展,自然储量丰富的煤炭资源成为高值利用的重要碳源材料.煤炭既有与其他碳源材料相似的高含碳量,又具有煤炭组分分子本身特殊的化学及丰富的分子物理结构特征,因此在煤基炭材料生成制备过程,由于高温、电磁场及氧化还原等因素影响,及分子特性结构制备需要,不同分子物理结构的碳原子可以实现多种杂化生成及选择自组装,从而定向制备不同杂化纯碳材料分子及杂化碳掺杂煤基炭材料.与此同时,不同型杂化碳原子建构了不同煤基炭材料的功能特性及应用领域,其中多孔大比表面炭材料具有重要理论及特殊应用价值.研究了煤基碳源的多孔大比表面前沿功能炭材料生成、特性及应用.首先简介了不同杂化类别多孔大比表面煤基炭材料构成;重点揭示和归纳前沿热点炭纳米纤维(CNFs)及泡沫炭(CF)等煤基活性炭类、碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)及碳量子点(CQDs)等炭材料及碳/碳复合材料的转化生成规律及制备方法;结合多孔大比表面煤基炭材料结构特征阐述了相应物化、量子学、光电及材料等方面性能及相关基本指征;揭示和建构了官能团富集煤基炭材料的低密度、大比表面、优异的光电特性、生物相容及化学活性等特征信息.展望了多孔大比表面煤基炭材料在生态环境、生物医药、新能源及光电材料等方面发展前景.