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本文系統(tǒng)評述了基于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原位碳熱合成先進碳納米結(jié)構(gòu)的最新進展，闡明其內(nèi)在機理并聚焦關(guān)鍵科學問題。同時深入探討了這類碳納米結(jié)構(gòu)在能源與可持續(xù)性交叉領(lǐng)域的應(yīng)用前景，最終剖析了當前發(fā)展面臨的核心挑戰(zhàn)與局限。通過提出碳材料可持續(xù)制備的新范式，本綜述旨在促進化學、能源與可持續(xù)性跨學科領(lǐng)域的知識融合與科研協(xié)作。本綜述系統(tǒng)闡釋了基于木質(zhì)纖維素生物解聚原位碳熱合成功能化碳納米結(jié)構(gòu)的機理與方法，重點聚焦碳熱還原、碳熱分解與碳熱氣相沉積三項核心工藝。通過整合本課題組實驗數(shù)據(jù)與前沿研究團隊成果，致力于系統(tǒng)揭示這些納米結(jié)構(gòu)原位形成的關(guān)鍵原理、作用機制及工藝路徑，以期推動可持續(xù)材料科學這一快速發(fā)展領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新與深入研究。

盡管從生物質(zhì)熱解中原位碳熱合成碳納米結(jié)構(gòu)已取得顯著進展，但一系列固有局限依然存在，需要開展針對性持續(xù)研究。這些局限包括：（1）木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的組分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）存在異質(zhì)性，導致熱解行為與產(chǎn)物收率不穩(wěn)定；（2）碳熱反應(yīng)的固-固特性使傳熱傳質(zhì)難以均勻，造成產(chǎn)品質(zhì)量波動。熱解參數(shù)（如升溫速率、氣氛）的實時監(jiān)測與精確控制雖具挑戰(zhàn)性，卻是保證結(jié)果可重復的關(guān)鍵；（3）生物質(zhì)衍生碳雖具天然多孔性，但為特定應(yīng)用（如催化、儲能）調(diào)控孔徑分布（微孔/介孔）需額外活化步驟。表面官能團（如─OH、─COOH）豐富，但針對目標應(yīng)用的分布可能欠佳；（4）生物質(zhì)熱解理論呈碳中性，但須管控工藝排放（如CO、CO?、揮發(fā)性有機物）以避免二次污染。生物油與合成氣等副產(chǎn)物需高值化利用以實現(xiàn)資源閉環(huán)；（5）將碳熱合成從克級實驗擴至工業(yè)規(guī)模面臨嚴峻挑戰(zhàn)：低密度生物質(zhì)的收集、運輸與預處理（干燥、粉碎）能耗高、成本大；大型反應(yīng)器內(nèi)均勻傳熱傳質(zhì)困難加劇產(chǎn)品非均質(zhì)性問題；為實現(xiàn)充分石墨化常需超過800℃的高溫處理，導致能源成本攀升，可能削弱使用"廉價"前驅(qū)體的經(jīng)濟與環(huán)境效益。

原位碳熱合成面臨的核心挑戰(zhàn)在于：開發(fā)能平衡生產(chǎn)效率與實際性能的生物質(zhì)-納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化路徑，并實現(xiàn)高價值碳納米結(jié)構(gòu)與生物燃料的聯(lián)產(chǎn)。為解決這些多維問題：首要任務(wù)是突破生物質(zhì)熱解復雜機理的解析；順應(yīng)環(huán)境友好技術(shù)趨勢，亟需采用可持續(xù)方法調(diào)控碳納米結(jié)構(gòu)孔隙與表面特性；隨著社會邁向碳中和，精準量化材料合成的可持續(xù)性成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。通過系統(tǒng)考量上述因素并破解底層復雜性，有望開辟兼具技術(shù)先進性、生態(tài)友好性與倫理責任感的碳納米結(jié)構(gòu)發(fā)展路徑，助推可持續(xù)未來圖景的實現(xiàn)。