刘国阳,严心娥,李可可,李 君,张亚婷,贾 嘉,朱由余,党永强,段瑛锋

(1.西安科技大学 化学与化工学院,陕西 西安 710054;2.西安交通工程学院 土木工程学院,陕西 西安 710300;3.北京低碳清洁能源研究院,北京 102211)

0 引 言

煤炭既是重要的能源,也是化学、冶金工业重要原材料。由于煤中碳元素含量高,近年来以煤炭作为碳源制备碳素材料备受关注[1-3]。以煤为碳源可以得到零维富勒烯[4]、碳量子点[5]、一维碳纳米管[6]、碳纤维[7]、二维石墨烯[8]、三维石墨[9]、多孔碳[10]等。在碳素材料家族中,石墨烯作为首个合成二维(2D)原子晶体,因其结构特殊、理化性能优异,在航天、能源、环境以及生物医药等领域展现出良好的应用前景[11]。自ZHOU等[12]首次利用煤为原料得到石墨烯以来,关于煤制备石墨烯的研究引起研究者极大兴趣。

根据岩相学理论,煤中有机组分可分成壳质组、镜质组和惰质组,不同煤岩组分中镜质组的氧含量相对较高、壳质组的氢含量较高、惰质组的碳含量较高;镜质组的芳香度和环缩合程度较低,惰质组则较高[13-14]。基于煤岩组分的组成和结构差异,通过物理、化学方法将煤岩组分富集,可充分发挥不同类型组成的结构优势,提高目标产品的产率和质量,更有利于提高煤炭附加值[15-17]。WANG等[18]研究了富镜质组和富惰质组无烟煤石墨化过程的差异,认为煤的石墨化表现为2个方面,即结晶化和结构重组;镜质组石墨化表现为均匀结晶和结构重组,而且在石墨化过程中这2个过程可能同时发生;富惰质组的石墨化过程中结晶和结构重组均发生突变,且这2个过程并不同步,惰质组比镜质组的石墨化温度更高。……