Advanced Materials:Coal-Based Carbon Nanomaterials En Route to Clean Coal Conversion toward Net Zero CO2.pdf

一、亮点/创新点

本篇文献的亮点和创新点包括：

（1）提出了基于煤的碳纳米材料在实现清洁煤炭转化和零碳排放方面的潜力；

（2）详细讨论了煤基碳点、闪蒸石墨烯以及其他煤基纳米材料的合成进展，技术成熟度，以及它们在不同应用中的前景；

（3）展示了煤基纳米材料如何通过多种合成策略和应用领域，从能源源头转化为高附加值的碳资源；

（4）强调了通过煤基纳米材料促进清洁煤炭转化的重要性，以减少温室气体排放，支持全球达到2050年净零排放的目标。

（5）此外，文献还讨论了面临的挑战和未来的研究方向，包括提高产物质量、扩大市场应用、以及政府政策对于推动煤基纳米技术发展的重要性。

二、研究背景

本篇文献的研究背景主要包括以下几点：

（1）全球对于减少温室气体排放和实现2050年的净零排放目标的紧迫需求，特别是在能源产业中。

（2）煤炭作为全球能源消耗的重要组成部分，其在转化和使用过程中产生的碳排放问题。

（3）煤基碳纳米材料因其独特的物理化学性质，被认为是实现煤炭清洁转化和高效利用的关键技术之一。

（4）利用煤基碳纳米材料不仅可以提高煤炭资源的利用效率，还可以为减少环境污染和温室气体排放提供新的解决方案。

（5）研究和开发新的煤基碳纳米材料及其应用，对于推动能源转型和实现可持续发展具有重要意义。

三、研究方法

本文研究方法主要包括：

（1）探讨煤基碳纳米材料的合成策略，包括直接碳化和化学蒸气沉积等技术；

（2）分析这些纳米材料的物理化学特性，如结构、形态、表面功能化程度等；

（3）评估这些材料在不同应用领域（如能源存储、催化剂、环境修复等）的性能和效率；

（4）通过实验数据和模型分析，探究材料性能与其结构和合成条件之间的关系；

（5）对比研究煤基碳纳米材料与其他碳纳米材料的性能差异，以及它们在实际应用中的优势和限制。

四、研究结果和主要结论

本篇文献的主要研究结果和结论如下：

（1）碳点（CDs）的合成与应用：研究发现，通过使用不同的合成方法，可以生产出具有不同量子产率（QY）和特定应用性能的煤基碳点。例如，通过优化合成条件，可以实现中等QY（10-70%）的煤基CDs。此外，CDs在石油田市场的使用展示了其在追踪水源和管道油的潜力，这可能显著增加CD应用的范围。

（2）煤基碳纳米材料的合成挑战与解决方案：文献指出，煤基碳纳米材料的开发面临着多种挑战，包括产品标准的缺乏、不同合成方法和煤种导致的产品性能差异等。提出了通过测量晶体度、层数、尺寸、功能性和成分来进一步研究和定义煤基CDs的标准。

（3）煤基碳纳米材料的商业化前景：虽然煤基碳纳米材料（如CDs和闪蒸石墨烯）已成功进入商业化的早期阶段，但目前市场规模较小，无法对煤炭产业产生显著影响。研究强调，需要开拓广阔的市场以促进煤基碳纳米材料的发展。

（4）政府政策在推动煤基纳米技术发展中的作用：文献提出，政府可以通过财政激励、研发资金支持、采购要求、监管支持、排放标准、碳税和国际协议等多种政策来促进煤基纳米技术的部署。

（5）净零CO2排放目标的实现：在生产或使用煤基碳纳米材料过程中产生的污染物或CO2排放的控制是一个不容忽视的问题。文献提出，通过有效管理清洁煤炭转化过程中的每一步，最终实现净零CO2排放的目标是可能的。

这些结果和结论突出了煤基碳纳米材料在促进清洁煤炭转化和实现零碳排放目标方面的潜力，同时也指出了目前面临的挑战和未来研究的方向。

五、后续研究改进

针对这篇文献的后续研究改进，可以考虑以下几个方面：

（1）提高煤基碳纳米材料的量子产率(QY)和性能：煤基碳点(CDs)目前的高量子产率还未达到70%以上，而大多数高QY的CDs是通过使用前体如邻苯二胺或者环六亚甲基三胺等底物的自下而上方法生产的。后续研究可以探索新的合成策略，如利用激光或电子束诱导的CDs合成，以及通过后功能化引入电子给体团体来提高煤基CDs的量子产率和性能。

（2）优化合成方法和条件：煤基碳纳米材料的合成方法包括超临界流体法、羟基自由基(OH*)法、溶剂热法以及脉冲激光烧蚀法等，这些方法在不使用酸的条件下显示出了环境友好型的合成策略。进一步的研究需要优化这些方法的可行性和可扩展性，以便于商业化。

（3）标准化和性能优化：由于不同合成方法和煤种的使用，煤基碳纳米材料的产物存在两种晶体结构(GQDs和CQDs)和一种非晶结构(CNDs)。需要通过测量晶体度、层数、尺寸、功能性和组成等进一步研究来建立煤基CDs的标准定义。

（4）扩大应用市场：尽管煤基碳纳米材料如CDs和闪蒸石墨烯(FG)已经成功进入商业化的早期阶段，但目前市场规模较小，需要开拓广阔的市场以促进这些材料的发展。例如，FG添加到沥青路面中1wt%的比例就能使道路寿命增加三倍，这显示了在建筑材料领域的应用潜力。

（5）政府政策支持：政府可以通过财政激励、研发资金支持、采购要求、监管支持、排放标准、碳税和国际协议等多种政策来促进煤基纳米技术的部署。

（6）控制生产和使用过程中产生的污染物或CO2排放：在实验室研究中经常被忽略的是，转向工业应用时，这些排放的适当处理是至关重要的，例如，CO2可以作为生产烃类或通过CO2施肥增强植物生长的原料被捕获和利用。

这些改进方向旨在通过研究和开发新的合成策略、优化合成条件、扩大应用市场以及获得政策支持等方法，进一步提高煤基碳纳米材料的性能和商业化前景。