??將煤液化過程中的主要副產(chǎn)物煤液化殘?jiān)M(jìn)行高質(zhì)高值化利用對(duì)煤液化過程的資源利用率和經(jīng)濟(jì)性有著不可低估的影響，是完善煤炭直接液化技術(shù)的一個(gè)重要課題。煤液化殘?jiān)湫偷慕M成為：重質(zhì)油、瀝青烯、前瀝青烯和四氫呋喃不溶物（包括未反應(yīng)的煤和礦物質(zhì)）。其中瀝青烯和前瀝青烯分子均主要由 C元素組成，基本結(jié)構(gòu)單元中是以多個(gè)芳環(huán)組成的稠和芳環(huán)為核心，芳環(huán)周圍連接有若干個(gè)長(zhǎng)度不一的烷基側(cè)鏈或者環(huán)烷環(huán)，芳香度高，碳含量高，容易發(fā)生聚合或者交聯(lián)，適宜作為制備炭材料的前驅(qū)體。

近日，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員宋燕團(tuán)隊(duì)以煤液化殘?jiān)械臑r青烯或前瀝青烯為碳源，經(jīng)過靜電紡絲結(jié)合不熔化、炭化處理成功制得柔性多孔納米炭纖維無(wú)紡布，采用硝酸預(yù)處理結(jié)合空氣不熔化、紡絲原液中添加苯甲酸等方法有效解決了不熔化過程中纖維間的融并現(xiàn)象。闡明了電紡、不熔化、炭化等過程產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的演變規(guī)律，并探索了該無(wú)紡布在超級(jí)電容器、鋰離子電池和鉀離子電池等新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用（ACS Sustainable Chem Eng, 2019, 7 (6): 5742-5750；Energy Fuels, 2020, 34 (2): 2445-2451，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01711362163.4，201810491436.3， 201810641716.8，201810641705.X和201811315964.X）。

該團(tuán)隊(duì)自2011年起開展柔性納米炭纖維無(wú)紡布的制備及結(jié)構(gòu)調(diào)控，以熱固性酚醛樹脂為碳源，聚乙烯醇為助紡劑，利用靜電紡絲、固化和炭化處理，成功制備出多孔納米炭纖維無(wú)紡布（Mater Lett, 2012, 76: 211-214；專利授權(quán)號(hào)：CN201110319102.6和CN201110319111.5）。通過在紡絲原液中添加造孔劑或者后續(xù)活化處理的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米炭纖維無(wú)紡布比表面積和孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，制備了富含微孔或中孔的納米炭纖維無(wú)紡布，并在一定程度上改善了其電化學(xué)性能（Carbon, 2013, 51: 290-300；Chem Eng J, 2014, 249: 216-225；J Electrochem Soc, 2014, 161 (9): A1330-A1337；RSC Adv, 2015, 5 (51): 40884-40891；New Carbon Materials, 2012, 27(2): 129-134）。通過采用富氮前驅(qū)體為碳源或者氨氣后處理的方法，在所制柔性納米炭纖維無(wú)紡布上引入了含氮官能團(tuán)，提高了其電化學(xué)性能（Int J Electrochem Sci, 2012, 7: 7587 – 7599；J Colloid Interface Sci, 2013, 395: 217-223.；Electrochim Acta, 2015, 185: 40-51；New Carbon Materials, 2015, 30(4): 295-301）。通過在紡絲原液中添加氧化石墨烯，制得了具有類石墨化結(jié)構(gòu)的納米炭纖維無(wú)紡布，提高了其電化學(xué)性能（Electrochim Acta, 2017, 247: 1060-1071）。

此外，還通過引入具有高理論比容量的金屬氧化物或金屬硫化物，制備了具有高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的復(fù)合電極材料。其用作超級(jí)電容器正極材料時(shí)，1 A g-1電流密度的比容量高達(dá)1088.5 F g-1，即使電流密度增大至20 A g-1，依舊有860.3 F g-1的容量保持。用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，依舊表現(xiàn)出良好的性能（Appl Surf Sci, 2018, 434: 49-56；Appl Surf Sci, 2019, 465: 635-642）。

以上工作在國(guó)家自然科學(xué)基金、山西省自然科學(xué)基金、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及山西煤化所杰出青年人才基金等資助下完成。

圖1 以煤液化殘?jiān)鼮樵现苽淙嵝约{米炭纖維無(wú)紡布流程示意圖

圖2 納米炭纖維無(wú)紡布形貌和柔性示意圖

圖3 納米炭纖維無(wú)紡布基復(fù)合電極材料制備示意圖