综述：将石油焦转化为更绿色可持续的碳纳米材料：合成、结构与应用

这篇综述系统阐述了以石油焦(Pet coke)为前驱体制备碳纳米材料(CNMs)的创新路径，重点探讨了石墨烯(GO/rGO)、碳纳米管(CNTs)、碳量子点(CQDs)等材料的绿色合成策略及其在能源存储(SIB/PIBs)、环境修复等领域的应用价值，为石化副产品高值化利用与可持续发展目标(SDGs)的协同实现提供了科学范式。

　　

Abstract

碳纳米材料(CNMs)因其维度特性(0D/1D/2D)在科技领域展现出革命性潜力，但传统石墨原料制约了规模化生产。石油焦作为石化工业副产品(含碳量>80wt%)，正成为经济高效的碳基纳米结构前驱体。本文综述了以石油焦制备石墨烯、多孔碳、碳纳米管等材料的突破性进展，强调这些纳米结构在多领域应用中的效能，并探讨了将环境有害废物转化为前沿纳米材料的绿色路径，契合联合国2030可持续发展目标(SDGs)。

Introduction

石油焦是延迟焦化工艺的副产物，具有高碳含量、低成本特性，传统用于电极制造或燃料。其含有的多环芳烃(PAHs)在热解过程中形成sp²杂化碳结构，可通过调控工艺转化为硬碳(HC)或软碳材料。硬碳因其层间距大、比表面积高等特点，成为钠离子电池(SIB)理想阳极；而软碳在3000°C可完全石墨化，具有优异的电子/钾离子迁移能力。

Classification of nanomaterials

按维度划分：1D材料如碳纳米管(CNTs)具有轴向导电优势；2D石墨烯(GO/rGO)展现超高载流子迁移率；0D量子点(CQDs/GQDs)则因量子限域效应产生独特荧光特性。石油焦衍生的3D多孔碳在环境吸附领域表现突出。

Summary and future prospects

全球75%石油焦用作能源，仅少量用于高值材料。针状焦(Needle coke)因低硫、高结晶度成为锂/钾离子电池负极优选，其热膨胀系数(CTE 3.5-4.8×10^-6 K^-1)显著提升电极稳定性。未来需优化PAHs定向转化工艺，开发连续化生产装置，推动石化废物向"纳米精炼厂"模式转型。

CRediT authorship contribution statement

研究获沙特国王大学科研基金支持(KFU252663)，通过多尺度结构调控实现了石油焦基CNMs的性能突破，为碳循环经济提供了新范式。