將煤液化過(guò)程中的主要副產(chǎn)物煤液化殘?jiān)�進(jìn)行高質(zhì)高值化利用對(duì)煤液化過(guò)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)�典型的組成為：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，山西煤炭化學(xué)研究所宋燕研究員團(tuán)隊(duì)以煤液化殘?jiān)�中的瀝青烯或前瀝青烯為碳源，經(jīng)過(guò)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(guò)程中纖維間的融并現(xiàn)象。闡明了電紡、不熔化、炭化等過(guò)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(kāi)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(shù)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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）。

    以上工作是在國(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項(xiàng)目資助下完成。