Rhennir graffit yn graffit artiffisial a graffit naturiol, cronfeydd profedig y byd o graffit naturiol mewn tua 2 biliwn o dunelli.
Ceir graffit artiffisial trwy ddadelfennu a thrin deunyddiau sy'n cynnwys carbon o dan bwysau arferol.Mae'r trawsnewidiad hwn yn gofyn am dymheredd ac egni digon uchel fel y grym gyrru, a bydd y strwythur anhrefnus yn cael ei drawsnewid yn strwythur crisial graffit gorchymyn.
Mae graffitization yn yr ystyr ehangaf o'r deunydd carbonaidd trwy uwch na 2000 ℃ triniaeth wres tymheredd uchel ad-drefnu atomau carbon, fodd bynnag mae rhai deunyddiau carbon yn y tymheredd uchel uwchlaw 3000 ℃ graffitization, y math hwn o ddeunyddiau carbon yn cael ei adnabod fel y "siarcol caled", er deunyddiau carbon graffitized hawdd, mae'r dull graffitization traddodiadol yn cynnwys tymheredd uchel a dull pwysedd uchel, graffiteiddio catalytig, dull dyddodiad anwedd cemegol, ac ati.
Mae graffiteiddio yn fodd effeithiol o ddefnyddio gwerth ychwanegol uchel o ddeunyddiau carbonaidd.Ar ôl ymchwil helaeth a manwl gan ysgolheigion, mae'n aeddfed yn y bôn nawr.Fodd bynnag, mae rhai ffactorau anffafriol yn cyfyngu ar gymhwyso graffitization traddodiadol mewn diwydiant, felly mae'n duedd anochel archwilio dulliau graffiteiddio newydd.
Roedd dull electrolysis halen tawdd ers y 19eg ganrif yn fwy na chanrif o ddatblygiad, mae ei theori sylfaenol a dulliau newydd yn gyson arloesi a datblygu, bellach nid yw bellach yn gyfyngedig i'r diwydiant metelegol traddodiadol, ar ddechrau'r 21ain ganrif, y metel yn mae'r system halen tawdd paratoi gostyngiad electrolytig ocsid solet o fetelau elfennol wedi dod yn ffocws yn y rhai mwy gweithredol,
Yn ddiweddar, mae dull newydd o baratoi deunyddiau graffit trwy electrolysis halen tawdd wedi denu llawer o sylw.
Trwy gyfrwng polareiddio cathodig ac electrodeposition, mae'r ddau fath gwahanol o ddeunyddiau crai carbon yn cael eu trawsnewid yn ddeunyddiau nano-graffit gyda gwerth ychwanegol uchel.O'i gymharu â'r dechnoleg graffiteiddio draddodiadol, mae gan y dull graffiteiddio newydd fanteision tymheredd graffiteiddio is a morffoleg y gellir ei reoli.
Mae'r papur hwn yn adolygu cynnydd graffitization trwy ddull electrocemegol, yn cyflwyno'r dechnoleg newydd hon, yn dadansoddi ei fanteision a'i anfanteision, ac yn rhagweld ei duedd datblygu yn y dyfodol.
Yn gyntaf, halen tawdd dull polareiddio catod electrolytig
1.1 y deunydd crai
Ar hyn o bryd, prif ddeunydd crai graffit artiffisial yw golosg nodwydd a golosg traw o radd graffitization uchel, sef gan y gweddillion olew a tar glo fel deunydd crai i gynhyrchu deunyddiau carbon o ansawdd uchel, gyda mandylledd isel, sylffwr isel, lludw isel. cynnwys a manteision graffitization, ar ôl ei baratoi'n graffit mae ganddo wrthwynebiad da i effaith, cryfder mecanyddol uchel, gwrthedd isel,
Fodd bynnag, mae cronfeydd olew cyfyngedig a phrisiau olew cyfnewidiol wedi cyfyngu ar ei ddatblygiad, felly mae ceisio deunyddiau crai newydd wedi dod yn broblem frys i'w datrys.
Mae gan ddulliau graffitization traddodiadol gyfyngiadau, ac mae gwahanol ddulliau graffiteiddio yn defnyddio gwahanol ddeunyddiau crai.Ar gyfer carbon heb ei graffiteiddio, prin y gall dulliau traddodiadol ei graffiteiddio, tra bod fformiwla electrocemegol electrolysis halen tawdd yn torri trwy gyfyngiad deunyddiau crai, ac mae'n addas ar gyfer bron pob deunydd carbon traddodiadol.
Mae deunyddiau carbon traddodiadol yn cynnwys carbon du, carbon activated, glo, ac ati, ymhlith y glo yw'r un mwyaf addawol.Mae'r inc sy'n seiliedig ar lo yn cymryd glo fel y rhagflaenydd ac yn cael ei baratoi'n gynhyrchion graffit ar dymheredd uchel ar ôl y rhag-driniaeth.
Yn ddiweddar, mae'r papur hwn yn cynnig dulliau electrocemegol newydd, megis Peng, gan electrolysis halen tawdd yn annhebygol o graphitized carbon du i mewn i crystallinity uchel o graffit, y electrolysis o samplau graffit sy'n cynnwys siâp petal sglodion nanomedr graffit, mae arwynebedd penodol uchel, pan gafodd ei ddefnyddio ar gyfer batri lithiwm catod yn dangos perfformiad electrocemegol rhagorol yn fwy na graffit naturiol.
Zhu et al.rhowch y glo o ansawdd isel wedi'i drin â deashing i mewn i system halen tawdd CaCl2 ar gyfer electrolysis ar 950 ℃, a thrawsnewidiwyd y glo o ansawdd isel yn graffit â grisialu uchel yn llwyddiannus, a ddangosodd berfformiad cyfradd dda a bywyd cylch hir pan gaiff ei ddefnyddio fel anod o batri ïon lithiwm .
Mae'r arbrawf yn dangos ei bod yn ymarferol trosi gwahanol fathau o ddeunyddiau carbon traddodiadol yn graffit trwy electrolysis halen tawdd, sy'n agor ffordd newydd ar gyfer graffit synthetig yn y dyfodol.
1.2 y mecanwaith o
Mae dull electrolysis halen tawdd yn defnyddio deunydd carbon fel catod ac yn ei drawsnewid yn graffit gyda grisialu uchel trwy polareiddio cathodig.Ar hyn o bryd, mae llenyddiaeth bresennol yn sôn am gael gwared ar ocsigen ac ad-drefnu atomau carbon yn bell yn y broses drawsnewid bosibl o polareiddio cathodig.
Bydd presenoldeb ocsigen mewn deunyddiau carbon yn rhwystro graffitization i ryw raddau.Yn y broses graffitization traddodiadol, bydd ocsigen yn cael ei dynnu'n araf pan fydd y tymheredd yn uwch na 1600K.Fodd bynnag, mae'n hynod o gyfleus deoxidize trwy polareiddio cathodic.
Peng, ac ati yn yr arbrofion am y tro cyntaf a gyflwynwyd y mecanwaith potensial polareiddio cathodig electrolysis halen tawdd, sef y graffiteiddio y lle mwyaf i ddechrau yw cael ei leoli mewn microsfferau carbon solet / rhyngwyneb electrolyt, mae'r microsffer carbon cyntaf yn ffurfio tua'r un diamedr sylfaenol cragen graffit, ac yna byth sefydlog atomau carbon anhydrus ymledu i naddion graffit allanol mwy sefydlog, nes yn gyfan gwbl graphitized,
Mae'r broses graffitization yn cyd-fynd â chael gwared ar ocsigen, sydd hefyd yn cael ei gadarnhau gan arbrofion.
Roedd Jin et al.hefyd wedi profi y safbwynt hwn trwy arbrofion.Ar ôl carbonoli glwcos, cynhaliwyd graffitization (cynnwys ocsigen o 17%).Ar ôl graffitization, ffurfiodd y sfferau carbon solet gwreiddiol (Ffig. 1a ac 1c) gragen hydraidd a oedd yn cynnwys nanolenni graffit (Ffig. 1b ac 1d).
Trwy electrolysis ffibrau carbon (16% ocsigen), gellir trosi'r ffibrau carbon yn diwbiau graffit ar ôl graffiteiddio yn unol â'r mecanwaith trosi a nodir yn y llenyddiaeth.
Credir bod, y symudiad pellter hir o dan polareiddio cathodic atomau carbon y graffit grisial uchel i aildrefnu carbon amorffaidd rhaid prosesu, graffit synthetig siâp petalau unigryw nanostructures elwa o atomau ocsigen o, ond y penodol sut i ddylanwadu ar strwythur nanomedr graffit nid yn glir, megis ocsigen o sgerbwd carbon ar ôl sut yn yr adwaith catod, ac ati,
Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil ar y mecanwaith yn dal i fod yn y cam cychwynnol, ac mae angen ymchwil bellach.
1.3 Nodweddiad morffolegol graffit synthetig
Defnyddir SEM i arsylwi morffoleg wyneb microsgopig graffit, defnyddir TEM i arsylwi morffoleg strwythurol o lai na 0.2 μm, XRD a sbectrosgopeg Raman yw'r dulliau mwyaf cyffredin a ddefnyddir i nodweddu microstrwythur graffit, defnyddir XRD i nodweddu'r grisial. gwybodaeth am graffit, a defnyddir sbectrosgopeg Raman i nodweddu'r diffygion a threfn gradd graffit.
Mae llawer o mandyllau yn y graffit a baratowyd gan polareiddio catod o electrolysis halen tawdd.Ar gyfer gwahanol ddeunyddiau crai, megis electrolysis carbon du, ceir nanostrwythurau mandyllog tebyg i betalau.Mae dadansoddiad sbectrwm XRD a Raman yn cael ei wneud ar y carbon du ar ôl electrolysis.
Ar 827 ℃, ar ôl cael ei drin â foltedd 2.6V am 1h, mae delwedd sbectrol Raman o garbon du bron yr un fath â delwedd graffit masnachol.Ar ôl i'r carbon du gael ei drin â thymheredd gwahanol, caiff y brig nodwedd graffit miniog (002) ei fesur.Mae brig diffreithiant (002) yn cynrychioli gradd cyfeiriadedd yr haen garbon aromatig mewn graffit.
Po fwyaf craff yw'r haen garbon, y mwyaf gogwyddol ydyw.
Defnyddiodd Zhu y glo israddol wedi'i buro fel y catod yn yr arbrawf, a thrawsnewidiwyd microstrwythur y cynnyrch graffitized o strwythur gronynnog i graffit mawr, a gwelwyd yr haen graffit dynn hefyd o dan y microsgop electron trawsyrru cyfradd uchel.
Yn sbectra Raman, gyda newid mewn amodau arbrofol, newidiodd y gwerth ID/Ig hefyd.Pan oedd y tymheredd electrolytig yn 950 ℃, yr amser electrolytig oedd 6h, a'r foltedd electrolytig oedd 2.6V, y gwerth ID / Ig isaf oedd 0.3, ac roedd brig D yn llawer is na brig G.Ar yr un pryd, roedd ymddangosiad brig 2D hefyd yn cynrychioli ffurfio strwythur graffit trefnus iawn.
Mae'r brig diffreithiant miniog (002) yn y ddelwedd XRD hefyd yn cadarnhau trosi glo israddol yn graffit yn llwyddiannus gyda grisialu uchel.
Yn y broses graffitization, bydd y cynnydd mewn tymheredd a foltedd yn chwarae rôl hyrwyddo, ond bydd foltedd rhy uchel yn lleihau'r cynnyrch o graffit, a bydd tymheredd rhy uchel neu amser graffitization rhy hir yn arwain at wastraff adnoddau, felly ar gyfer gwahanol ddeunyddiau carbon , mae'n arbennig o bwysig archwilio'r amodau electrolytig mwyaf priodol, hefyd yw'r ffocws a'r anhawster.
Mae gan y nanostrwythur fflawiau petal hwn briodweddau electrocemegol rhagorol.Mae nifer fawr o fandyllau yn caniatáu i ïonau gael eu mewnosod/dadsymu'n gyflym, gan ddarparu deunyddiau catod o ansawdd uchel ar gyfer batris, ac ati. Felly, mae'r dull electrocemegol graffiteiddio yn ddull graffiteiddio potensial iawn.
Dull electrodeposition halen tawdd
2.1 Electrodeposition carbon deuocsid
Fel y nwy tŷ gwydr pwysicaf, mae CO2 hefyd yn adnodd adnewyddadwy diwenwyn, diniwed, rhad sydd ar gael yn hawdd.Fodd bynnag, mae carbon mewn CO2 yn y cyflwr ocsidiad uchaf, felly mae gan CO2 sefydlogrwydd thermodynamig uchel, sy'n ei gwneud hi'n anodd ei ailddefnyddio.
Gellir olrhain yr ymchwil cynharaf ar electrodeposition CO2 yn ôl i'r 1960au.Roedd Ingram et al.paratoi carbon yn llwyddiannus ar electrod aur yn y system halen tawdd o Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Roedd Van et al.nododd fod gan y powdrau carbon a gafwyd ar wahanol botensial lleihau strwythurau gwahanol, gan gynnwys graffit, carbon amorffaidd a nanofiberau carbon.
Trwy halen tawdd i ddal CO2 a dull paratoi llwyddiant deunydd carbon, ar ôl cyfnod hir o ysgolheigion ymchwil wedi canolbwyntio ar fecanwaith ffurfio dyddodiad carbon ac effaith amodau electrolysis ar y cynnyrch terfynol, sy'n cynnwys tymheredd electrolytig, foltedd electrolytig a chyfansoddiad halen tawdd ac electrodau, ac ati, mae paratoi perfformiad uchel o ddeunyddiau graffit ar gyfer electrodeposition o CO2 wedi gosod sylfaen gadarn.
Trwy newid yr electrolyte a defnyddio system halen tawdd sy'n seiliedig ar CaCl2 gydag effeithlonrwydd dal CO2 uwch, mae Hu et al.graphene a baratowyd yn llwyddiannus gyda gradd graffitization uwch a nanotiwbiau carbon a strwythurau nanograffit eraill trwy astudio amodau electrolytig megis tymheredd electrolysis, cyfansoddiad electrod a chyfansoddiad halen tawdd.
O'i gymharu â system garbonadu, mae gan CaCl2 fanteision rhad a hawdd ei gael, dargludedd uchel, hawdd ei hydoddi mewn dŵr, a hydoddedd uwch ïonau ocsigen, sy'n darparu amodau damcaniaethol ar gyfer trosi CO2 yn gynhyrchion graffit â gwerth ychwanegol uchel.
2.2 Mecanwaith Trawsnewid
Mae paratoi deunyddiau carbon gwerth ychwanegol uchel trwy electrodeposition CO2 o halen tawdd yn bennaf yn cynnwys dal CO2 a gostyngiad anuniongyrchol.Mae dal CO2 yn cael ei gwblhau gan O2- rhydd mewn halen tawdd, fel y dangosir yn Hafaliad (1):
CO2+O2- →CO3 2- (1)
Ar hyn o bryd, mae tri mecanwaith adwaith lleihau anuniongyrchol wedi'u cynnig: adwaith un cam, adwaith dau gam a mecanwaith adwaith lleihau metel.
Cynigiwyd y mecanwaith adwaith un cam gyntaf gan Ingram, fel y dangosir yn Equation (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Cynigiwyd y mecanwaith adwaith dau gam gan Borucka et al., fel y dangosir yn Equation (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Cynigiwyd mecanwaith adwaith lleihau metel gan Deanhardt et al.Roeddent yn credu bod ïonau metel yn cael eu lleihau i fetel mewn catod yn gyntaf, ac yna bod y metel yn cael ei leihau i ïonau carbonad, fel y dangosir yn Equation (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 –> C + 3 m2o (6)
Ar hyn o bryd, derbynnir y mecanwaith adwaith un cam yn gyffredinol yn y llenyddiaeth bresennol.
Roedd Yin et al.astudio system garbonadu Li-Na-K gyda nicel fel catod, tun deuocsid fel anod a gwifren arian fel electrod cyfeirio, a chael y ffigur prawf voltammetry cylchol yn Ffigur 2 (cyfradd sganio o 100 mV/s) ar nicel catod, a chanfod mai dim ond un brig gostyngiad (ar -2.0V) oedd yn y sganio negyddol.
Felly, gellir dod i'r casgliad mai dim ond un adwaith a ddigwyddodd yn ystod y gostyngiad mewn carbonad.
Mae Gao et al.cael yr un voltammetry cylchol yn yr un system garbonadu.
Ge et al.defnyddio anod anadweithiol a catod twngsten i ddal CO2 yn y system LiCl-Li2CO3 a chael delweddau tebyg, a dim ond brig gostyngiad o ddyddodiad carbon a ymddangosodd yn y sganio negyddol.
Yn y system halen tawdd metel alcalïaidd, bydd metelau alcali a CO yn cael eu cynhyrchu tra bod carbon yn cael ei ddyddodi gan y catod.Fodd bynnag, oherwydd bod amodau thermodynamig adwaith dyddodiad carbon yn is ar dymheredd is, dim ond gostyngiad carbonad i garbon y gellir ei ganfod yn yr arbrawf.
2.3 Dal CO2 gan halen tawdd i baratoi cynhyrchion graffit
Gellir paratoi nano-ddeunyddiau graffit â gwerth ychwanegol uchel fel nanotiwbiau graphene a charbon trwy electrododiad CO2 o halen tawdd trwy reoli amodau arbrofol.Roedd Hu et al.defnyddio dur di-staen fel catod yn y system halen tawdd CaCl2-NaCl-CaO a'i electrolyzed am 4 awr o dan gyflwr foltedd cyson 2.6V ar wahanol dymereddau.
Diolch i gatalysis haearn ac effaith ffrwydrol CO rhwng haenau graffit, canfuwyd graphene ar wyneb catod.Dangosir y broses o baratoi graphene yn Ffig. 3.
Y llun
Ychwanegodd astudiaethau diweddarach Li2SO4 ar sail system halen tawdd CaCl2-NaClCaO, tymheredd electrolysis oedd 625 ℃, ar ôl 4 awr o electrolysis, ar yr un pryd yn y dyddodiad cathodig o garbon a ddarganfuwyd nanotiwbiau graphene a charbon, canfu'r astudiaeth fod Li + a SO4 2 - i ddod ag effaith gadarnhaol ar graffitization.
Mae sylffwr hefyd wedi'i integreiddio'n llwyddiannus i'r corff carbon, a gellir cael dalennau graffit uwch-denau a charbon ffilamentaidd trwy reoli'r amodau electrolytig.
Mae deunydd megis tymheredd electrolytig uchel ac isel ar gyfer ffurfio graphene yn hanfodol, pan fydd y tymheredd uwch na 800 ℃ yn haws i gynhyrchu CO yn lle carbon, bron dim dyddodiad carbon pan fydd yn uwch na 950 ℃, felly mae'r rheolaeth tymheredd yn hynod o bwysig i gynhyrchu graphene a nanotiwbiau carbon, ac adfer yr angen dyddodiad carbon adwaith synergedd adwaith CO i sicrhau bod y catod i gynhyrchu graphene sefydlog.
Mae'r gweithiau hyn yn darparu dull newydd ar gyfer paratoi cynhyrchion nano-graffit gan CO2, sy'n arwyddocaol iawn ar gyfer datrys nwyon tŷ gwydr a pharatoi graphene.
3. Crynodeb ac Outlook
Gyda datblygiad cyflym diwydiant ynni newydd, nid yw graffit naturiol wedi gallu bodloni'r galw presennol, ac mae gan graffit artiffisial briodweddau ffisegol a chemegol gwell na graffit naturiol, felly mae graffiteiddio rhad, effeithlon ac ecogyfeillgar yn nod hirdymor.
Roedd dulliau electrocemegol graffitization mewn deunyddiau crai solet a nwyol gyda'r dull o polareiddio cathodig a dyddodiad electrocemegol yn llwyddiannus allan o'r deunyddiau graffit gyda gwerth ychwanegol uchel, o'i gymharu â'r ffordd draddodiadol o graffiteiddio, mae'r dull electrocemegol o effeithlonrwydd uwch, defnydd is o ynni, diogelu'r amgylchedd gwyrdd, ar gyfer bach cyfyngedig gan ddeunyddiau dethol ar yr un pryd, yn ôl y gwahanol amodau electrolysis gellir ei baratoi ar wahanol morffoleg strwythur graffit,
Mae'n darparu ffordd effeithiol i bob math o garbon amorffaidd a nwyon tŷ gwydr gael eu trosi'n ddeunyddiau graffit nano-strwythuredig gwerthfawr ac mae ganddo ragolygon cymhwyso da.
Ar hyn o bryd, mae'r dechnoleg hon yn ei ddyddiau cynnar.Ychydig o astudiaethau sydd ar graffitization trwy ddull electrocemegol, ac mae yna lawer o brosesau anhysbys o hyd.Felly, mae angen dechrau o ddeunyddiau crai a chynnal astudiaeth gynhwysfawr a systematig ar wahanol garbonau amorffaidd, ac ar yr un pryd archwilio thermodynameg a dynameg trosi graffit yn ddyfnach.
Mae gan y rhain arwyddocâd pellgyrhaeddol ar gyfer datblygiad diwydiant graffit yn y dyfodol.
Amser postio: Mai-10-2021