Графит ясалма графитка һәм табигый графитка бүленә, дөньяда расланган табигый графит запаслары якынча 2 миллиард тонна.
Ясалма графит нормаль басым астында углеродлы материалларны таркату һәм җылылык белән эшкәртү белән алына. Бу үзгәртеп кору көче буларак җитәрлек температура һәм энергия таләп итә, тәртип бозылган структура заказлы графит кристалл структурасына әвереләчәк.
Графитизация иң киң мәгънәдә углеродлы материалның 2000 above югары температурада җылылык эшкәртү углерод атомнарын тәртипкә китерү аша, ләкин югары температурада 3000 above графитизациядән кайбер углерод материаллары, бу углерод материаллары "каты күмер" дип аталган, җиңел графитизацияләнгән углерод материаллары өчен, традицион графитизация ысулы югары температура һәм югары басым ысулы, химик пар.
Графитизация - углеродлы материалларны өстәмә кыйммәтле куллануның эффектив чарасы. Галимнәрнең киң һәм тирән эзләнүләреннән соң, ул хәзер җитлеккән. Ләкин кайбер уңайсыз факторлар сәнәгатьтә традицион графитизация куллануны чикли, шуңа күрә яңа графитизация ысулларын өйрәнү котылгысыз тенденция.
XIX гасырдан эретелгән тоз электролизы ысулы бер гасырдан артык үсеш алган, аның төп теориясе һәм яңа ысуллары гел инновация һәм үсеш, хәзерге вакытта традицион металлургия тармагы белән чикләнми, XXI гасыр башында эретелгән тоз системасындагы металл элементларның металлларын каты оксид электролитик кыскартуга әзерләнде.
Күптән түгел эретелгән тоз электролизы белән графит материалларын әзерләүнең яңа ысулы зур игътибарны җәлеп итте.
Катодик поляризация һәм электродепозиция ярдәмендә углерод чималының ике төрле формасы югары кыйммәтле кыйммәтле нано-графит материалларына әверелә. Традицион графитизация технологиясе белән чагыштырганда, яңа графитизация ысулы түбән графитизация температурасы һәм контрольдә тотыла торган морфология өстенлекләренә ия.
Бу кәгазь электрохимик ысул белән графитизациянең барышын күзәтә, бу яңа технология белән таныштыра, аның өстенлекләрен һәм кимчелекләрен анализлый, киләчәктә үсеш тенденциясен перспективалар.
Беренчедән, эретелгән тоз электролитик катод поляризация ысулы
1.1 чимал
Хәзерге вакытта ясалма графитның төп чималы - югары графитизация дәрәҗәсендәге энә кокы һәм пок кок, ягъни нефть калдыклары һәм күмер тармагы белән югары сыйфатлы углерод материаллары җитештерү өчен, түбән күзәнәкле, аз күкерт, аз көл эчтәлеге һәм графитизация өстенлекләре, графитка әзерләнгәннән соң, тәэсиргә яхшы каршылык, югары механик көч, түбән каршылык,
Ләкин, чикләнгән нефть запаслары һәм үзгәрүчән нефть бәяләре аның үсешен чикләде, шуңа күрә яңа чимал эзләү актуаль проблемага әйләнде.
Традицион графитизация ысулларының чикләре бар, һәм төрле графитизация ысуллары төрле чимал кулланалар. Графитизацияләнмәгән углерод өчен традицион ысуллар аны графиклаштыра алмыйлар, ә эретелгән тоз электролизының электрохимик формуласы чимал чикләвен боза һәм барлык традицион углерод материаллары өчен яраклы.
Традицион углерод материалларына углерод кара, активлашкан углерод, күмер һ.б. керә, алар арасында күмер иң перспективалы. Көмер нигезендәге сыя күмерне прекурсор итеп ала һәм алдан эшкәртелгәннән соң югары температурада графит продуктларына әзерләнә.
Күптән түгел, бу кәгазь Пенг кебек яңа электрохимик ысуллар тәкъдим итә, эретелгән тоз электролизы белән углерод кара графитның югары кристалллыгына кертелү ихтималы юк, яфрак формасындагы графит нанометр чиплары булган графит үрнәкләренең электролизы, литий батарея катоды өчен кулланылганда, табигый электрохимик күрсәткечләрне күрсәткән.
Чжу һәм башкалар. 950 at электролиз өчен CaCl2 эретелгән тоз системасына эшкәртелгән түбән сыйфатлы күмерне куегыз, һәм литий ион аккумуляторы аноды буларак кулланылганда яхшы тизлек күрсәткечләрен һәм озын цикл гомерен күрсәткән түбән сыйфатлы күмерне югары кристалллы графитка әйләндерде.
Тикшеренү шуны күрсәтә: эретелгән тоз электролизы ярдәмендә төрле традицион углерод материалларын графитка әверелдерү мөмкин, бу киләчәк синтетик графит өчен яңа юл ача.
1.2 механизмы
Эретелгән тоз электролиз ысулы углерод материалын катод буларак куллана һәм катод поляризациясе ярдәмендә аны югары кристалллы графитка әйләндерә. Хәзерге вакытта булган әдәбиятта катод поляризациясенең потенциаль конверсия процессында кислородны бетерү һәм углерод атомнарын ерак арада тәртипкә китерү турында әйтелә.
Углерод материалларында кислород булу күпмедер дәрәҗәдә графитизациягә комачаулый. Традицион графитизация процессында температура 1600Ктан югары булганда кислород әкренләп чыгарылачак. Ләкин, катод поляризациясе аша дезоксидлаштыру бик уңайлы.
Пенг һ.б. экспериментларда беренче тапкыр эретелгән тоз электролизы катод поляризациясенең потенциаль механизмын тәкъдим итте, ягъни графитизациянең иң башлангычы каты углерод микросфераларында / электролит интерфейсында урнашырга тиеш, беренче углерод микросферасы бер үк диаметрлы графит кабыгы тирәсендә, аннары тотрыксыз углеродлы углерод атомнары тотрыклы тышкы графит флэйкына таралганчы.
Графитизация процессы кислородны чыгару белән бергә бара, ул шулай ук экспериментлар белән раслана.
Jinзинь һ.б. экспериментлар аша бу карашны исбатлады. Глюкозаны карбонизацияләгәннән соң, графитизация (17% кислород) үткәрелде. Графитизациядән соң оригиналь каты углерод өлкәләре (1а һәм 1с рәсемнәр) графит наношеталардан торган күзәнәк кабыгын барлыкка китерделәр (1б һәм 1д рәсем).
Углерод җепселләрен электролизлау (16% кислород) ярдәмендә углерод җепселләре графитизациядән соң графит торбаларга әверелергә мөмкин, әдәбиятта күрсәтелгән конверсия механизмы буенча.
Озын дистанция хәрәкәте углерод атомнарының катодик поляризациясе астында, югары кристалл графит аморф углеродны үзгәртеп корырга тиеш, синтетик графит уникаль яфраклар кислород атомнарыннан файда алган наноструктураларны формалаштыралар, ләкин графит нанометр структурасына ничек тәэсир итүе ачык түгел, мәсәлән, катод реакциясендә углерод скелетыннан кислород һ.б.
Хәзерге вакытта механизм буенча тикшеренүләр әле башлангыч этапта, һәм алга таба тикшеренүләр кирәк.
1.3 Синтетик графитның морфологик характеристикасы
SEM графитның микроскопик өслек морфологиясен күзәтү өчен кулланыла, TEM 0,2 ммнан да ким булмаган структур морфологияне күзәтү өчен кулланыла, XRD һәм Раман спектроскопиясе графитның микроструктурасын характерлау өчен иң еш кулланыла торган чаралар, графит кристалл мәгълүматларын характерлау өчен XRD кулланыла, һәм Раман спектроскопиясе кимчелекләрне һәм тәртип дәрәҗәсен характерлау өчен кулланыла.
Графитта эретелгән тоз электролизының катод поляризациясе белән әзерләнгән бик күп күзәнәкләр бар. Карбон кара электролиз кебек төрле чимал өчен яфраклы күзәнәкле наноструктуралар алына. Электролиздан соң XRD һәм Raman спектр анализы углерод кара өстендә үткәрелә.
827 at температурада, 1 сәгать өчен 2,6В көчәнеш белән эшкәртелгәннән соң, Раман углерод кара спектраль образы коммерция графиты белән диярлек. Карбон кара төрле температуралар белән эшкәртелгәннән соң, кискен графит характеристикасы (002) үлчәнә. Дифракциянең иң югары ноктасы (002) графиттагы хуш исле углерод катламының юнәлеш дәрәҗәсен күрсәтә.
Углерод катламы никадәр үткен булса, шулкадәр юнәлешле.
Чжу экспериментта чистартылган түбән күмерне катод итеп кулланды, һәм графитизацияләнгән продуктның микросруктурасы гранулдан зур графит структурасына үзгәртелде, һәм каты графит катламы югары тизлектәге электрон микроскоп астында күзәтелде.
Раман спектрында, эксперименталь шартларның үзгәрүе белән, ID / Ig бәясе дә үзгәрде. Электролитик температура 950 was булганда, электролитик вакыт 6с, һәм электролитик көчәнеш 2,6В, иң түбән ID / Ig бәясе 0,3, D чокы G чокырыннан күпкә түбән иде. Шул ук вакытта, 2D иң югары күренеше шулай ук югары заказлы графит структурасын формалаштыруны күрсәтә.
XRD образындагы кискен (002) дифракциянең иң югары ноктасы шулай ук түбән күмернең югары кристалллы графитка уңышлы әйләнүен раслый.
Графитизация процессында температураның һәм көчәнешнең артуы алга этәргеч роль уйный, ләкин артык зур көчәнеш графит җитештерүчәнлеген киметәчәк, һәм бик югары температура яки артык озын графитизация вакыты ресурсларны әрәм итүгә китерәчәк, шуңа күрә төрле углерод материаллары өчен иң электролитик шартларны өйрәнү аеруча мөһим, авырлык.
Бу яфракка охшаган плитка наноструктурасы искиткеч электрохимик үзенчәлекләргә ия. Күп санлы күзәнәкләр ионнарны тиз кертергә / урнаштырырга мөмкинлек бирә, батарейкалар өчен югары сыйфатлы катод материаллары белән тәэмин итә һ.б. Шуңа күрә электрохимик ысул графитизациясе бик потенциаль графитизация ысулы.
Эретелгән тоз электродепозиция ысулы
2.1 Карбон газының электродепозициясе
Иң мөһим парник газы буларак, CO2 шулай ук агулы булмаган, зарарсыз, арзан һәм җиңел яңартыла торган ресурс. Ләкин, CO2дагы углерод иң югары оксидлашу халәтендә, шуңа күрә CO2 югары термодинамик тотрыклылыкка ия, бу кабат куллануны кыенлаштыра.
CO2 электродепозициясе буенча иң беренче тикшеренүләрне 1960-нчы еллардан алып була. Инграм һ.б. Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 эретелгән тоз системасында алтын электродта углеродны уңышлы әзерләделәр.
Ван һ.б. Төрле кыскарту потенциалында алынган углерод порошокларының төрле структураларга ия булуын күрсәтте, графит, аморф углерод һәм углерод нанофибрлары.
Эретелгән тоз белән CO2 алу һәм углерод материалы уңышын әзерләү ысулы белән, озак вакыт тикшергәннән соң, галимнәр углерод чүпләү формалаштыру механизмына һәм электролитик шартларның электролитик температура, электролитик көчәнеш һәм эретелгән тоз һәм электродлар составы һ.б.ны үз эченә ала, CO2 электродепозициясе өчен графит материалларының югары җитештерүчәнлеген әзерләү нык нигез салды.
Электролитны үзгәртеп, CaCl2 нигезендә эретелгән тоз системасын кулланып, югары CO2 тоту эффективлыгы белән Ху һ.б. Электролиз температурасы, электрод составы һәм эретелгән тоз составы кебек электролитик шартларны өйрәнеп, югары графитизация дәрәҗәсе һәм углерод нанотубы һәм башка нанографик структуралар белән графен уңышлы әзерләнгән.
Карбонат системасы белән чагыштырганда, CaCl2 арзан һәм алу җиңел, югары үткәрүчәнлек, суда эрү җиңел, һәм кислород ионнарының эретүчәнлеге өстенлек бирә, бу CO2-ны графит продуктларына югары өстәмә кыйммәткә әйләндерү өчен теоретик шартлар тудыра.
2.2 Трансформация механизмы
Эретелгән тоздан CO2 электродепозициясе белән югары кыйммәтле углерод материалларын әзерләү, нигездә, CO2 тотуны һәм турыдан-туры киметүне үз эченә ала. CO2 алу бушлай O2 - эретелгән тоз белән тәмамлана, тигезләмәдә күрсәтелгәнчә:
CO2 + O2- → CO3 2- (1)
Хәзерге вакытта өч турыдан-туры кыскарту реакциясе механизмы тәкъдим ителде: бер адымлы реакция, ике адымлы реакция һәм металлны киметү реакциясе механизмы.
Бер адымлы реакция механизмы (2) тигезләмәсендә күрсәтелгәнчә, Инграм тарафыннан беренче тапкыр тәкъдим ителде:
CO3 2- + 4E - → C + 3O2- (2)
Ике этаплы реакция механизмы Борука һәм башкалар тарафыннан тәкъдим ителде, тигезләмәдә күрсәтелгәнчә (3-4):
CO3 2- + 2E - → CO2 2- + O2- (3)
CO2 2- + 2E - → C + 2O2- (4)
Металлны киметү реакциясе механизмын Динхардт һ.б. тәкъдим итте. Алар металл ионнары башта катодта металлга, аннары металл тигезләмәдә күрсәтелгәнчә карбонат ионнарына кадәр киметелгән дип саныйлар: (5 ~ 6):
M- + E - → M (5)
4 м + М2КО3 -> С + 3 м2о (6)
Хәзерге вакытта булган әдәбиятта бер этаплы реакция механизмы гадәттә кабул ителә.
Инь һ.б. Li-Na-K карбонат системасын никель белән катод, калай диоксиды анод һәм көмеш чыбык белән электрод итеп өйрәнде, һәм никель катодында 2-нче рәсемдә цикллы волтамметрия сынау фигурасын алды, һәм тискәре сканерда бер кыскартуның иң югары ноктасы булганын ачыклады (-2.0V).
Шуңа күрә карбонатны киметү вакытында бер реакция генә булган дигән нәтиҗә ясарга мөмкин.
Гао һ.б. шул ук карбонат системасында бер үк цикллы волтамметрия алды.
Ге һ.б. LiCl-Li2CO3 системасында CO2 алу өчен инерт анод һәм вольфрам катоды кулланылган һәм охшаш рәсемнәр алынган, һәм тискәре сканерда углерод чүпләнешенең кимү дәрәҗәсе генә барлыкка килгән.
Кычыткан металл эретелгән тоз системасында алкал металллары һәм СО барлыкка киләчәк, ә углерод катодка салынган вакытта. Ләкин, углерод туплау реакциясенең термодинамик шартлары түбән температурада түбән булганга, экспериментта карбонатның углеродка кимүе генә ачыклана.
2.3 Графит продуктларын әзерләү өчен эретелгән тоз белән CO2 тоту
Графен һәм углерод нанотубы кебек югары кыйммәтле графит наноматериаллары эксперимент шартларын контрольдә тотып эретелгән тоздан CO2 электродепозициясе белән әзерләнергә мөмкин. Ху һ.б. CaCl2-NaCl-CaO эретелгән тоз системасында катод буларак дат басмаган корыч кулланган һәм төрле температурада 2,6В даими көчәнеш шартларында 4 сәгать электролизацияләнгән.
Тимер катализы һәм графит катламнары арасында СОның шартлаткыч эффекты аркасында, графен катод өслегендә табылды. Графенны әзерләү процессы 3 нче рәсемдә күрсәтелгән.
Рәсем
Соңрак тикшеренүләр CaCl2-NaClCaO эретелгән тоз системасы нигезендә Li2SO4 өстәде, электролиз температурасы 625 was булды, 4 сәгать электролиздан соң, шул ук вакытта графен һәм углерод нанотубы табылган углерод катодик катламында, тикшерү ачыклады, Li + һәм SO4 2- графитизациягә уңай эффект китерә.
Күкерт шулай ук углерод организмына уңышлы интеграцияләнә, һәм ультра-нечкә графит таблицалар һәм филаментлы углерод электролитик шартларны контрольдә тотып алырга мөмкин.
Графен формалаштыру өчен югары һәм түбән электролитик температура кебек материал бик мөһим, 800 higher тан артык температура углерод урынына СО чыгару җиңелрәк булганда, 950 than дан артык булганда углерод чүпләнеше юк диярлек, шуңа күрә температураны контрольдә тоту графен һәм углерод нанотубы җитештерү өчен бик мөһим, һәм катодның тотрыклы булуын тәэмин итү өчен CO реакция синергиясен торгызу.
Бу әсәрләр нано-графит продуктларын CO2 әзерләү өчен яңа ысул тәкъдим итә, бу парник газларын чишү һәм графен әзерләү өчен зур әһәмияткә ия.
3. Йомгаклау һәм перспектива
Яңа энергия индустриясенең тиз үсеше белән, табигый графит хәзерге таләпне канәгатьләндерә алмады, һәм ясалма графит табигый графитка караганда яхшырак физик һәм химик үзенчәлекләргә ия, шуңа күрә арзан, эффектив һәм экологик чиста графитизация озак вакытлы максат.
Катодик поляризация һәм электрохимик чүпләү ысулы белән каты һәм газлы чималда электрохимик ысуллар графитизациясе, графитизациянең традицион ысулы белән чагыштырганда, югары өстәмә кыйммәткә ия булган графит материалларыннан уңышлы чыгарылды, электрохимик ысул югары эффективлык, энергияне түбән куллану, яшел әйләнә-тирә мохитне саклау, бер үк вакытта сайлап алынган материаллар белән чикләнгән, төрле электролиз шартлары буенча, төрле электролиз шартларында, төрле электролиз шартларында әзерләнгән.
Бу барлык төр аморф углерод һәм парник газларының кыйммәтле нано-структуралы графит материалларына әверелүенең эффектив ысулын тәкъдим итә һәм яхшы куллану перспективасына ия.
Хәзерге вакытта бу технология әле башлана. Электрохимик ысул белән графитизация буенча тикшеренүләр аз, һәм әле билгесез процесслар күп. Шуңа күрә чималдан башларга һәм төрле аморфик углеводлар буенча комплекслы һәм системалы өйрәнү үткәрергә, шул ук вакытта термитодинамиканы һәм графит конверсиясенең динамикасын тирәнрәк дәрәҗәдә өйрәнергә кирәк.
Бу графит индустриясенең киләчәктә үсеше өчен бик зур әһәмияткә ия.
Пост вакыты: 10-2021 май