作为高性能碳纤维、沥青基针状焦及电池电极材料等众多高端碳材料的优良前驱体，中间相沥青的可控合成一直备受关注。

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员申文忠团队在中间相沥青形成机理研究方面取得重要进展。以精制煤焦油沥青为原料，通过加氢—热缩聚工艺合成可纺中间相沥青，从光学织构与分子结构关联角度系统探究了中间相沥青的形成机制，相关结果发表于《燃料》（Fuel）期刊。

中间相沥青形成过程中的光学显微结构及各向异性含量。中国科学院山西煤化所供图

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煤焦油沥青是煤焦油蒸馏提取馏分后的残余物，具有来源广、芳香度高等优势。在热转化过程中，煤沥青可产生具有高度有序的碳质中间相，被认为是是合成中间相沥青的优质原料。然而，煤焦油沥青具有组分复杂、杂质含量高以及反应过程难以精确调控等特性，使合成分子量分布集中、流变性能良好的中间相沥青面临巨大挑战。

加氢缩聚技术通过引入环烷和烷基结构，弥补了煤焦油沥青的结构缺陷，显著提高了中间相沥青的可纺性。然而，氢化沥青向中间相沥青转变时，分子结构和理化性质会发生显著变化，目前人们对其转变机理认识有限，尤其是分子结构与光学织构之间尚未建立关联。

该研究通过控制加压热缩聚条件，结合多种分析测试手段，重点探究了氢化沥青向中间相沥青转化过程的反应机制。结果表明，中间相沥青的形成遵循“成核—生长—融并—解体”的演化路径，最终在MP—12中形成了各向异性含量超过90%，具有发达纤维型织构的中间相沥青。

中间相沥青基碳纤维的SEM图。中国科学院山西煤化所供图

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为了进一步评估其纺丝性能，以MP—12为前驱体，成功制备出具有明显径向辐射状结构的中间相沥青基碳纤维，其拉伸强度为1.39 GPa，杨氏模量为69.48 GPa。

该研究工作不仅优化了中间相沥青合成的工艺条件，而且从光学织构与分子结构关联视角阐明了加氢—热缩聚法制备可纺中间相沥青的反应机理，建立了微观分子结构与宏观特性之间的关系，为分子层面可控合成中间相沥青提供了理论指导和实践策略。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136281