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。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。

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所申文忠研究员团队（904课题组）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，相关结果以《Investigation of the formation mechanism of mesophase pitch based on the evolution of molecular structure》为题发表于Fuel期刊。

通过控制加压热缩聚条件，结合¹³C-NMR、MALDI-TOF/TOF MS、EPR及同步辐射荧光等多种分析测试手段，研究团队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。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。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136281

中间相沥青形成过程中的光学显微结构及各向异性含量

中间相沥青的¹³C-NMR谱及其拟合曲线

中间相沥青基碳纤维的SEM图

中间相沥青形成机制示意图

（904课题组）