[01159648]重质油定向构筑高性能纳米碳材料

随着原油的不断重质化,重质油在我国原油中的比例已高达50%,对我国目前的石油加工技术形成了巨大挑战,如何实现数以亿吨计重质油的高附加值利用是一个急需解决的重大课题。其中,合成高性能碳材料是其高附加值绿色化利用的一个重要方向,但是,高缩合度和高芳香性分子结构所引起的强π-π作用阻碍/限制了重质油的高效可控转化利用。本课题在高性能石墨烯材料、多孔碳的结构控制方面取得了创新性研究成果： （1）针对重质油富芳烃的分子结构特点,从化学组成、催化剂设计、反应工艺优化等层面出发,研究了重质油分子结构的演变对稠环芳烃团簇的缔合、解离行为的影响机制及调控策略,设计合成高活性、长寿命新型多级孔结构碳载体催化剂。 （2）研究建立了基于富芳烃重质油合成纳米功能碳材料的新技术方法。研究揭示了碳材料的合成过程中芳烃分子的转化机制,诠释芳烃分子间、芳烃分子与模板导向剂表界面间的作用机制,诠释重质油电解、掺杂功能化的协同机制,及其对碳材料形貌、结构与表面化学性质的影响规律和调控策略。 （3）以石油沥青为原料,通过高温热缩聚工艺获得热缩沥青油,探讨对比缩聚前后沥青油一步碳化后材料电化学性能,结果发现热缩聚处理后沥青油制备的碳材料倍率及循环稳定性能得到大幅度提高。以沥青缩聚油为原料,借助模板高温界面诱导作用制备了多孔类石墨烯材料,50nm ZnO模板制备的类石墨烯材料电化学性能最佳,首次放电比容量为1057 mAh g-1,100 mA g-1电流密度下,容量能达到560 mAh g-1,并且电池循环性能优异,在1 A g-1大电流密度下循环500圈后,容量仍然能够达到440 mAh g-1。 （4）揭示了石油基功能碳材料结构与其电化学性能之间的构-效关系,研究建立用于能源存储的新型高性能重质油基碳材料的制备新技术方法。阐明所制碳材料孔尺寸、孔壁厚等与其储能性能之间的内在关联,建立碳材料的孔径分布及表面官能团调控策略。