Графит жасалма графит жана табигый графит болуп бөлүнөт, табигый графиттин дүйнөдөгү далилденген запасы 2 миллиард тоннага жакын.
Жасалма графит нормалдуу басымда көмүртектүү материалдарды ажыратуу жана жылуулук менен иштетүү аркылуу алынат.Бул трансформация кыймылдаткыч күч катары жетиштүү жогорку температураны жана энергияны талап кылат жана тартипсиз түзүлүш тартиптүү графит кристалл структурасына айланат.
Графиттештирүү - бул көмүртектүү материалдын кеңири маанисинде 2000 ℃ жогорку температурада жылуулук менен иштетилген көмүртек атомдорунун кайра түзүлүшү, бирок кээ бир көмүртек материалдары 3000 ℃ жогору температурада графиттештирилгенде, көмүртектүү материалдардын бул түрү "катуу көмүр" деп аталды. жеңил graphitized көмүр материалдар, салттуу graphitization ыкмасы жогорку температура жана жогорку басым ыкмасын камтыйт, каталитикалык graphitization, химиялык буу коюу ыкмасы, ж.б.
Графиттештирүү көмүртектүү материалдарды жогорку кошумча нарк менен колдонуунун эффективдүү каражаты болуп саналат.Окумуштуулардын кеңири жана терең изилдөөлөрүнөн кийин, ал азыр негизинен жетилген.Бирок, кээ бир жагымсыз факторлор өнөр жайда салттуу графиттештирүүнүн колдонулушун чектейт, ошондуктан графиттөөнүн жаңы ыкмаларын изилдөөнүн сөзсүз тенденциясы болуп саналат.
19-кылымдан бери эриген туз электролиз ыкмасы бир кылымдан ашык өнүгүүдө, анын негизги теориясы жана жаңы ыкмалары дайыма инновация жана өнүгүү болуп саналат, азыр салттуу металлургиялык өнөр жай менен гана чектелбейт, 21-кылымдын башында металл эритилген туз системасы элементардык металлдарды электролиттик калыбына келтирүү боюнча катуу кычкыл оксидин даярдоо көбүрөөк активдүү багыт болуп калды,
Акыркы убакта графиттик материалдарды эритилген туздун электролизинин жардамы менен даярдоонун жаңы ыкмасы көпчүлүктүн көңүлүн бурду.
Катоддук поляризация жана электродепозициянын жардамы менен көмүртек чийки затынын эки түрдүү формасы жогорку кошумча нарк менен нано-графиттик материалдарга айланат.Салттуу графиттөө технологиясы менен салыштырганда, жаңы графиттөө ыкмасы төмөнкү графиттөө температурасынын жана башкарылуучу морфологиянын артыкчылыктарына ээ.
Бул эмгекте электрохимиялык ыкма менен графиттештирүүнүн жүрүшү каралат, бул жаңы технология киргизилет, анын артыкчылыктары жана кемчиликтери талданат жана анын келечектеги өнүгүү тенденциясы каралган.
Биринчиден, эриген туз электролиттик катоддук поляризация ыкмасы
1.1 чийки зат
Азыркы учурда, жасалма графиттин негизги чийки заты ийне кокс жана жогорку графиттөө даражасындагы чайыр кокс болуп саналат, тактап айтканда, мунай калдыктары жана көмүр чайыры менен жогорку сапаттагы көмүртектүү материалдарды алуу үчүн чийки зат катары, аз көзөнөктүү, аз күкүрттүү, аз күл менен. графиттештирүүнүн мазмуну жана артыкчылыктары, ал графитке даярдалгандан кийин таасирге жакшы туруштук берет, жогорку механикалык бекемдикке, аз каршылыкка ээ,
Бирок мунайдын чектелген запастары жана мунайдын баасынын өзгөрүшү анын өнүгүшүн чектеп койгондуктан, жаңы чийки заттарды издөө чечиле турган актуалдуу маселе болуп калды.
Салттуу графиттөө ыкмаларында чектөөлөр бар жана ар кандай графиттөө ыкмалары ар кандай чийки заттарды колдонушат.Графиттештирилбеген көмүртек үчүн салттуу ыкмалар аны графиттештирүү кыйынга турат, ал эми эриген туз электролизинин электрохимиялык формуласы чийки заттардын чектөөсүнөн өтүп, дээрлик бардык салттуу көмүртек материалдарына ылайыктуу.
Салттуу көмүртектүү материалдарга кара көмүр, активдештирилген көмүр, көмүр ж.б. кирет, алардын ичинен эң келечектүү көмүр болуп саналат.Көмүрдүн негизиндеги сыя көмүрдү прекурсор катары алат жана алдын ала тазалоодон кийин жогорку температурада графит продукциясына даярдалат.
Жакында, бул кагаз жаңы электрохимиялык ыкмаларды сунуш кылат, мисалы, Peng, эриген туз электролиз аркылуу графиттелген көмүр кара графиттин жогорку кристаллдуулугуна, графит үлгүлөрүнүн электролизине графиттин желекчеси формасындагы графит нанометрдик микросхемаларды камтыган, жогорку өзгөчө беттик аянты бар, литий батареясы үчүн колдонулганда катод табигый графитке караганда мыкты электрохимиялык көрсөткүчтөрдү көрсөттү.
Жу жана башкалар.950 ℃ электролиздөө үчүн тазаланган сапаты төмөн көмүрдү CaCl2 эритилген туз системасына салып, литий-иондук аккумулятордун аноду катары колдонулганда сапаты начар көмүрдү жогорку кристаллдуулугу менен графитке ийгиликтүү айландырды. .
Эксперимент эриген туздун электролизинин жардамы менен графитке салттуу көмүртектүү материалдардын ар кандай түрлөрүн айландыруу мүмкүн экендигин көрсөтүп турат, бул келечектеги синтетикалык графитке жаңы жол ачат.
1.2 механизми
Эриген туз электролиз ыкмасы катод катары көмүртек материалын колдонот жана катоддук поляризациянын жардамы менен жогорку кристаллдуулугу бар графитке айландырат.Азыркы кездеги адабияттарда катоддук поляризациянын потенциалдуу конверсия процессинде кычкылтектин жоюлушу жана көмүртек атомдорунун узак аралыкка кайра түзүлүшү айтылат.
Көмүртек материалдарында кычкылтектин болушу кандайдыр бир деңгээлде графиттештирүүгө тоскоол болот.Салттуу графиттөө процессинде температура 1600Кден жогору болгондо кычкылтек жай алынып салынат.Бирок катоддук поляризация аркылуу деоксидациялоо өтө ыңгайлуу.
Пенг жана башкалар эксперименттерде биринчи жолу эриген туздун электролизинин катоддук поляризациясынын потенциалдык механизмин, тактап айтканда, графитизациянын эң негизги жери катуу көмүртек микросфераларында/электролиттин интерфейсинде жайгашуусу, биринчи көмүртек микросферасы негизги бирдей диаметрдин айланасында түзүлөт. графит кабыгы, андан кийин эч качан туруктуу суусуз көмүртек атомдору толугу менен графиттештирилгенге чейин туруктуураак тышкы графит кабыгына жайылып,
Графиттештирүү процесси кычкылтектин алынышы менен коштолот, бул эксперименттер менен да ырасталган.
Джин жана башкалар.бул кез карашын эксперименттер аркылуу да далилдеди.Глюкозаны карбонизациялоодон кийин графиттөө (кычкылтектин курамы 17%) жүргүзүлгөн.Графиттештирилгенден кийин баштапкы катуу көмүртек шарлары (1а жана 1в-сүрөт) графит нанобаракчаларынан (1б жана 1д-сүрөттөр) турган көзөнөктүү кабыкты пайда кылган.
Көмүртек булаларынын электролизинде (16% кычкылтек) көмүртек булалары адабиятта айтылган конверсия механизмине ылайык графиттештирилгенден кийин графит түтүкчөлөрүнө айланышы мүмкүн.
Узак аралыктагы кыймыл көмүртек атомдорунун катоддук поляризациясы астында болот деп ишенишкен, жогорку кристаллдык графиттен аморфтук көмүртекке чейин кайра иштетүү керек, синтетикалык графит уникалдуу желекчелери кычкылтек атомдорунан пайда алган наноструктураларды калыптандырат, бирок графиттин нанометрдик структурасына кандайча таасир этээри так эмес, мисалы, катод реакциясынан кийин көмүртек скелетиндеги кычкылтек ж.б.
Азыркы учурда механизм боюнча изилдөөлөр баштапкы этапта, андан ары изилдөө зарыл.
1.3 Синтетикалык графиттин морфологиялык мүнөздөмөсү
SEM графиттин микроскопиялык беттик морфологиясын байкоо үчүн колдонулат, TEM 0,2 мкмден аз структуралык морфологиясын байкоо үчүн колдонулат, XRD жана Раман спектроскопиясы графиттин микроструктурасын мүнөздөө үчүн эң көп колдонулган каражаттар, XRD кристаллга мүнөздөө үчүн колдонулат. графиттин маалыматы, ал эми Раман спектроскопиясы графиттин кемчиликтерин жана тартиби даражасын мүнөздөөгө колдонулат.
Эриген туздун электролизинин катоддук поляризациясы менен даярдалган графитте көптөгөн тешикчелер бар.Ар кандай чийки заттар үчүн, мисалы, көмүртектин кара электролизинде, желекче сымал көзөнөктүү наноструктуралар алынат.XRD жана Раман спектринин анализи электролизден кийин кара көмүртекте жүргүзүлөт.
827 ℃ температурада, 1 саат бою 2,6 В чыңалуу менен иштетилгенден кийин, кара көмүртектин Раман спектралдык сүрөтү коммерциялык графиттин сүрөтү менен дээрлик бирдей.Кара көмүртек ар кандай температуралар менен иштетилгенден кийин курч графиттин мүнөздүү чокусу (002) ченелет.Дифракциялык чоку (002) графиттеги ароматтык көмүртек катмарынын ориентациясынын даражасын билдирет.
Көмүртек катмары канчалык курч болсо, ошончолук ориентацияланат.
Чжу экспериментте катод катары тазаланган төмөнкү көмүрдү колдонгон жана графиттелген буюмдун микроструктурасы гранулдан чоң графиттик структурага айланган жана тыгыз графит катмары да жогорку ылдамдыкта өткөрүүчү электрондук микроскоптун астында байкалган.
Раман спектрлеринде эксперименттик шарттардын өзгөрүшү менен ID/Ig мааниси да өзгөргөн.Электролиттик температура 950 ℃ болгондо, электролиттик убакыт 6 саат, электролиттик чыңалуу 2,6 В, эң төмөнкү ID/Ig мааниси 0,3, D чокусу G чокусунан бир топ төмөн болгон.Ошол эле учурда, 2D чокусунун пайда болушу да жогорку иреттүү графит структурасынын пайда болушун билдирген.
XRD сүрөттөлүшүндөгү кескин (002) дифракциянын чокусу да начар көмүрдүн кристаллдуулугу жогору графитке ийгиликтүү айланганын тастыктайт.
Графиттөө процессинде температуранын жана чыңалуунун жогорулашы көмөкчү ролду ойнойт, бирок өтө жогорку чыңалуу графиттин түшүмүн төмөндөтөт, ал эми өтө жогорку температура же өтө узун графиттөө убактысы ресурстардын ысырап болушуна алып келет, ошондуктан ар кандай көмүртектүү материалдар үчүн , бул абдан ылайыктуу электролиттик шарттарды изилдөө үчүн өзгөчө маанилүү болуп саналат, ошондой эле басым жана кыйынчылык болуп саналат.
Бул желекче сымал үлүш наноструктурасы эң сонун электрохимиялык касиеттерге ээ.Көп сандагы тешикчелер иондорду бат эле киргизүүгө/каптоого мүмкүндүк берет, бул батареялар үчүн жогорку сапаттагы катоддук материалдар менен камсыз кылуу ж.
Эриген тузду электродепозитирлөө ыкмасы
2.1 Көмүр кычкыл газынын электродепозициясы
Эң маанилүү парник газы катары, CO2 дагы уулуу эмес, зыянсыз, арзан жана оңой жеткиликтүү жаңылануучу ресурс болуп саналат.Бирок СО2деги көмүртек эң жогорку кычкылдануу абалында, ошондуктан СО2 жогорку термодинамикалык туруктуулукка ээ, бул аны кайра колдонууну кыйындатат.
CO2 электродепозициясы боюнча эң алгачкы изилдөөлөр 1960-жылдарга таандык.Инграм жана башкалар.Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 эритилген туз системасында алтын электроддо көмүртек ийгиликтүү даярдалган.
Ван жана башкалар.ар кандай редукция потенциалында алынган көмүртек порошоктору графит, аморфтук көмүртек жана көмүртек нанобулаларын камтыган ар кандай түзүлүшкө ээ экенин белгиледи.
СО2 жана көмүртек материалынын ийгилигинин даярдоо ыкмасын басып алуу үчүн эриген туз менен, узак убакыт бою изилдөө жүргүзгөндөн кийин, окумуштуулар көмүртектин пайда болуу механизмине жана электролиз шарттарынын электролиттик температураны, электролиттик чыңалууну жана курамын камтыган акыркы продуктка тийгизген таасирине көңүл бурушту. эриген тузду жана электроддорду жана башкаларды, СО2ди электроддоо учун графиттик материалдардын жогорку ендурумдуулугун даярдоо бекем негиз тузду.
электролит өзгөртүү жана жогорку CO2 басып натыйжалуулугу менен CaCl2 негизделген эриген туз системасын колдонуу менен, Hu et al.электролиздин температурасы, электроддун курамы жана эриген туздун курамы сыяктуу электролиттик шарттарды изилдөө аркылуу графиттештирүү даражасы жогору графенди жана көмүртек нанотүтүкчөлөрүн жана башка нанографит структураларын ийгиликтүү даярдады.
Карбонат системасы менен салыштырганда, CaCl2 арзан жана оңой алынуучу, жогорку өткөрүмдүүлүк, сууда оңой эрүү жана кычкылтек иондорунун жогорку эригичтигинин артыкчылыктарына ээ, бул СО2ди жогорку кошумча нарк менен графит продуктыларына айландыруу үчүн теориялык шарттарды камсыз кылат.
2.2 Трансформация механизми
Эритилген туздан СО2ди электродепозитирлөө жолу менен жогорку кошумча нарктуу көмүртектүү материалдарды даярдоо негизинен СО2ди кармоону жана кыйыр түрдө кыскартууну камтыйт.CO2 кармалышы (1) теңдемеде көрсөтүлгөндөй, эриген туздагы эркин O2- менен аяктайт:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Азыркы учурда үч кыйыр калыбына келтирүү реакциясынын механизмдери сунушталган: бир кадамдуу реакция, эки баскычтуу реакция жана металлды калыбына келтирүү реакциясынын механизми.
Теңдемеде (2) көрсөтүлгөндөй, бир кадамдуу реакция механизми биринчи жолу Инграм тарабынан сунушталган:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Эки баскычтуу реакция механизми Боручка жана башкалар тарабынан сунушталган, (3-4) теңдемеде көрсөтүлгөн:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Металлды калыбына келтирүү реакциясынын механизми Динхардт жана башкалар тарабынан сунушталган.Алар катоддо металл иондору алгач металлга чейин, андан кийин металл карбонат иондоруна чейин калыбына келтирилген деп ишенишкен (5~6) Теңдемеде:
M- + E – →M (5)
4 м + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Учурда бир кадамдуу реакция механизми бар адабияттарда жалпысынан кабыл алынган.
Yin жана башкалар.катод катары никель, анод катары калайдын диоксиди жана эталондук электрод катары күмүш зым менен Li-Na-K карбонат системасын изилдеп, 2-сүрөттөгү циклдик вольтметриянын сыноо фигурасын (сканирлөө ылдамдыгы 100 мВ/с) никель катодунда алды жана тапты. терс сканерлөөдө бир гана кыскартуу чокусу (-2.0V) болгон.
Демек, карбонатты калыбына келтирүү учурунда бир гана реакция болгон деген тыянак чыгарууга болот.
Гао жана башкалар.ошол эле карбонаттык системада бирдей циклдик вольтамметрияны алган.
Ge жана башкалар.LiCl-Li2CO3 системасында СО2ди кармоо үчүн инерттүү анод менен вольфрам катодун колдонду жана окшош сүрөттөрдү алышты жана терс сканерлөөдө көмүртектин чөктүрүлүшүнүн кыскаруу чокусу гана пайда болду.
щелочтуу металлдын эриген туз системасында щелочтук металлдар жана СО түзүлөт, ал эми көмүртек катоддо сакталат.Бирок, көмүртектин түшүү реакциясынын термодинамикалык шарттары төмөнкү температурада төмөн болгондуктан, экспериментте карбонаттын көмүртекке чейин калыбына келишин гана аныктоого болот.
2.3 Графит продуктуларын даярдоо үчүн эриген туз менен СО2 басып алуу
Графен жана көмүртек нанотүтүкчөлөрү сыяктуу жогорку кошумча нарктагы графит наноматериалдарын эксперименталдык шарттарды көзөмөлдөө жолу менен эриген туздан СО2 электродепозициясы менен даярдаса болот.Ху жана башкалар.CaCl2-NaCl-CaO эриген туз системасында катод катары дат баспас болоттон колдонулган жана ар кандай температурада 2,6V туруктуу чыңалуу шартында 4 саат электролизденген.
Темирдин катализинин жана графит катмарларынын ортосундагы СО жарылуучу эффектинин аркасында катоддун бетинде графен табылган.Графенди даярдоо процесси 3-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Сүрөт
Кийинчерээк изилдөөлөр CaCl2-NaClCaO эриген туз системасынын негизинде Li2SO4 кошулган, электролиздин температурасы 625 ℃ болгон, 4 саат электролизден кийин, ошол эле учурда көмүртектин катоддук чөгүндө графен жана көмүртек нанотүтүкчөлөрү табылган, изилдөө Li+ жана SO4 2 - графиттештирүүгө оң таасирин тийгизет.
Күкүрт ошондой эле көмүртектин денесине ийгиликтүү кошулган жана ультра жука графит барактары менен жип сымал көмүртекти электролиттик шарттарды көзөмөлдөө аркылуу алууга болот.
Графендин пайда болушу үчүн жогорку жана төмөнкү электролиттик температура сыяктуу материал өтө маанилүү, 800 ℃ жогору температура көмүртектин ордуна CO генерациялоо оңой болгондо, 950 ℃ жогору болгондо көмүртектин тутанышы дээрлик болбойт, ошондуктан температураны көзөмөлдөө өтө маанилүү. графенди жана көмүртектүү нанотүтүктөрдү өндүрүү жана катоддун туруктуу графенди түзүшүн камсыз кылуу үчүн көмүртектин катмарлануу реакциясынын СО реакциясынын синергетикасын калыбына келтирүү.
Бул иштер парник газдарын чечүү жана графенди даярдоо үчүн чоң мааниге ээ болгон СО2 менен нано-графит продуктуларын даярдоонун жаңы ыкмасын берет.
3. Жыйынтык жана болжол
Жаңы энергетика тармагынын тез өнүгүшү менен табигый графит азыркы суроо-талапты канааттандыра албай калды, ал эми жасалма графит табигый графитке караганда физикалык жана химиялык касиеттерге ээ, ошондуктан арзан, эффективдүү жана экологиялык таза графитизация узак мөөнөттүү максат болуп саналат.
Катуу жана газ түрүндөгү чийки затты катоддук поляризациялоо жана электрохимиялык чөкүү ыкмасы менен графиттөөнүн электрохимиялык ыкмалары салттуу графиттөө ыкмасына салыштырмалуу жогорку кошумча наркы бар графит материалдарынан ийгиликтүү чыкты, электрохимиялык ыкманын эффективдүүлүгү жогору, энергияны аз сарптоо, жашыл курчап турган чөйрөнү коргоо, бир эле учурда тандалма материалдар менен чектелген, ар кандай электролиз шарттарына ылайык, графит структурасынын ар кандай морфологиясында даярдалышы мүмкүн,
Бул аморфтук көмүртектин жана парник газдарынын бардык түрлөрүн баалуу наноструктуралуу графиттик материалдарга айландыруунун эффективдүү жолун камсыз кылат жана жакшы колдонуу перспективасына ээ.
Учурда бул технология алгачкы баскычында.Электрохимиялык ыкма менен графиттештирүү боюнча изилдөөлөр аз, али белгисиз процесстер көп.Демек, сырьедон баштап, ар кандай аморфтуу көмүртектерге комплекстүү жана системалуу изилдөөлөрдү жүргүзүү, ошону менен бирге графиттин конверсиясынын термодинамикасын жана динамикасын тереңирээк изилдөө зарыл.
Булар графит енер жайынын келечектеги енугушу учун зор мааниге ээ.
Посттун убактысы: 10-май-2021