《煤的结构基因与煤基碳材料构建研究进展》深入探讨了煤在结构化学和碳材料研究领域的关键作用。通过对煤的结构基因和煤基碳材料构建的最新研究进展进行系统梳理，文章详细解析了煤作为一种重要能源资源在碳材料领域的潜在应用和发展前景。阅读本文，将使读者深入了解煤的组成结构、性质和潜在价值，为相关领域研究者提供了全面的参考和启示。

煤的结构基因与煤基碳材料构建研究进展

陕煤-秦岭基础科学研究五年行动计划协同创新合作项目（SMYJY 20220412）

杨建国（1964—），男，江苏南通人，教授，博士生导师，国家人社部“百千万人才工程”国家级人选，国务院政府特殊津贴获得者，从事煤炭脱硫、超纯煤制备、分离技术与装备、过程控制等方面的研究工作。

E-mail：scetyjg@126.com

中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心

     “双碳”目标的实现必将带来煤炭作为燃料用量的迅速减少，寻找煤炭的高附加值利用途径是煤炭行业可持续发展的迫切需求。简要介绍了基于单原子组装的无烟煤催化石墨化研究和焦炭催化石墨化研究，以及碳化硅炉炉芯石墨产品和特征，其晶体片径可达100μm及以上，且受煤及煤基中间体结构的影响较少。重点介绍了无烟煤、烟煤、褐煤的结构特征与碳材料构建，研究发现煤的结构基因对煤基碳材料的构建有着决定性影响。无烟煤高固定碳含量的稳固碳结构有利于形成高强度的多孔炭和增碳补强剂等碳材料，无烟煤基高温石墨片径在几微米左右，片层平行度较差、交叉较多，适用于制备大规格炭电极的多晶石墨电极、电解槽、化学惰性通道。以烟煤为原料的煤沥青和焦炭中的炭青质是构成褶皱石墨的良好前驱体，煤沥青经针状焦石墨化因包含晶体液相生长过程，晶体片径尺寸可达数十微米以上，所形成的褶皱石墨经球团和浸渍包覆可以作为锂离子电池良好的负极储锂材料；焦炭中非晶态的固定碳也是制备硬碳材料的良好原料。褐煤稀疏的大分子架构和多孔颗粒形态有利于浸渍类碳材料的构建，是制备催化剂载体的优质原料。

杨建国，杜晨衔，王立鹏，等. 煤的结构基因与煤基碳材料构建研究进展[J]. 选煤技术，2024，52（2）：1−14.

YANG Jianguo, DU Chenxian, WANG Lipeng, et al. The research progress of structural gene of coal and constitution of coal-based carbon material[J]. Coal Preparation Technology，2024，52（2）：1−14.

     碳达峰、碳中和背景下煤的燃料利用必将触顶。燃煤是大气二氧化碳的主要来源之一。近年来，尽管煤炭在一次能源中相对比例逐年下降，但煤炭生产和消费总量仍然居高不下。2022年，我国煤炭产量为45.6亿t，消费量约44.4亿t，创历史新高。而燃煤产生的CO₂强度比石油和天然气高得多。煤炭是原油碳排放强度的1.31倍，是天然气碳排放强度的1.67倍。按照我国2060年碳中和要求的CO₂排放总量26亿t推算，届时动力用煤的总量将不会超过10亿t，为煤炭寻找新的低碳应用领域已迫在眉睫。煤炭由“燃料”向“原材料”发展已初见端倪。以煤为原料的工业化生产以煤化工的形式得到了快速地发展。在固体材料方向，除了用作冶金还原剂的焦炭外，还有多孔炭、增碳剂、石墨、石墨烯、碳纤维等。以煤为原料生产炭素制品，不仅可以实现煤的高附加值利用，还有利于减少对我国相对稀缺的石油及天然气资源的依赖。煤基碳素产品的研发可以推动煤炭产业向高附加值、高技术含量方向发展，在一定程度上弥补燃料减少对煤炭行业的冲击。同时，更多具有优异性能的碳素制品的涌现，可以为相关领域带来更多创新应用，使煤炭能够更好地服务于满足人民群众日益增长的物质文化需要。煤基材料的开发，关键在于充分发挥煤固有（基因）结构的作用。煤基碳材料制备研究总体可以分为两类：一类是将煤中碳元素分解为单个的碳原子或碳化物，再在一定表面或空间区域进行碳的再结晶，形成石墨或石墨烯类材质；另一类则利用固有的大π键分子结构，直接构建三维碳骨架结构或二维石墨烯结构。后者与煤的大分子及煤化程度直接相关。