本文由宋文革、曾红久、王斌、黄显虹、李晓明和孙国华共同撰写。作者分别来自国能神东煤炭集团有限责任公司、中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司以及中国科学院山西煤炭化学研究所炭材料重点实验室。论文发表于2024年8月的《新型炭材料》（New Carbon Materials）期刊第39卷第4期。
低阶煤（low-rank coal）因其储量丰富、含碳量高、成本低廉等特点，被认为是制备炭材料的优质前驱体。然而，低阶煤的灰分、微观结构和界面特性的差异，导致其制备的炭材料在结构和性能上难以有效调控。近年来，研究人员提出了多种调控低阶煤基炭材料微观结构和表界面的方法。本文综述了低阶煤制备吸附活性炭、电容炭、硬炭、石墨和纳米炭材料的最新研究进展，并探讨了煤种和工艺对炭材料微观结构、界面特性和官能团种类的影响。此外，本文还介绍了低阶煤基炭材料在吸附、超级电容器和碱金属电池中的应用，并展望了未来的研究方向和挑战。
低阶煤可以通过不同的工艺路径制备电容炭、石墨负极和硬炭等储能炭材料。这些材料在超级电容器和碱金属电池中展现出巨大的应用潜力。
电容炭：超级电容器因其高功率密度、长循环寿命和环境友好等优点，广泛应用于智能仪表、大规模能源存储和航空航天等领域。电容炭材料因其高比表面积、化学稳定性和低成本特性，成为超级电容器电极材料的主流选择。低阶煤基电容炭的制备方法包括物理/化学活化法、水热炭化法和模板法。研究表明，合理调控微孔和介孔的占比，可以获得最优电容性能的电容炭材料。
硬炭：硬炭是一种难以石墨化的炭材料，具有局部长程有序结构，适用于钠离子电池负极材料。低阶煤通过降灰除杂、活化或改性交联，可以制备出具有优异储钠性能的硬炭材料。杂原子掺杂（如氮、硫、磷等）可以进一步提升硬炭的电化学性能。
石墨负极材料：低阶煤通过直接石墨化或催化石墨化，可以制备出煤基石墨材料，用于锂离子电池负极。研究表明，煤的变质程度和灰分含量对石墨化过程和最终材料的性能有显著影响。
低阶煤还可以用于制备吸附活性炭，广泛应用于环保、食品、医药和生物等领域。煤基吸附活性炭因其高度发达的孔隙结构、大的比表面积和特定的官能团，成为工业中的重要原料。我国煤基活性炭的生产工艺日趋成熟，主要采用水蒸气物理活化的方法。
粉状/破碎活性炭：适用于化学活性好、具有一定黏结性的煤种，主要用于工业废水处理、焦糖脱色和味精处理等领域。
柱状活性炭：适用于低变质程度的煤种，具有中孔发达的优势，更适用于液相环境。
压块活性炭：技术成熟度高，适用于多种煤种，产品强度高，广泛应用于气相和液相处理过程。
球形活性炭：目前技术成熟度较低，仅有少量烟煤适用于该工艺。
低阶煤还可以用于制备富勒烯、石墨烯、碳纳米管、炭纤维和碳量子点等纳米炭材料。这些材料在能源存储、催化和电子器件等领域展现出广阔的应用前景。
本文系统总结了低阶煤基炭材料的研究进展，为低阶煤的高效利用提供了新的思路。低阶煤基炭材料不仅突破了煤化学和炭材料的学科界限，还在产业上获得了良好的经济效益。本文的研究成果为低阶煤基炭材料在储能、吸附和纳米材料等领域的应用提供了理论依据和技术支持。
尽管低阶煤基炭材料的研究取得了显著进展，但仍面临一些挑战。例如，低阶煤中灰分对炭材料性能的影响机制尚未完全明确，未来需要进一步深入研究。此外，如何通过优化工艺进一步提升低阶煤基炭材料的性能，也是未来研究的重点方向。
本文综述了低阶煤基炭材料的研究进展，涵盖了储能炭材料、吸附活性炭和纳米炭材料等多个领域。通过系统总结低阶煤基炭材料的制备方法、性能调控和应用前景，本文为低阶煤的高效利用提供了重要的理论和技术支持。未来，低阶煤基炭材料在能源存储、环保和纳米技术等领域的应用前景广阔，值得进一步深入研究。