Ο γραφίτης χωρίζεται σε τεχνητό γραφίτη και φυσικό γραφίτη, με τα αποδεδειγμένα αποθέματα φυσικού γραφίτη στον κόσμο να ανέρχονται σε περίπου 2 δισεκατομμύρια τόνους.
Ο τεχνητός γραφίτης λαμβάνεται με την αποσύνθεση και τη θερμική επεξεργασία υλικών που περιέχουν άνθρακα υπό κανονική πίεση. Αυτός ο μετασχηματισμός απαιτεί αρκετά υψηλή θερμοκρασία και ενέργεια ως κινητήρια δύναμη, και η αταξική δομή θα μετασχηματιστεί σε μια διατεταγμένη κρυσταλλική δομή γραφίτη.
Η γραφιτοποίηση, με την ευρύτερη έννοια, αναφέρεται στην αναδιάταξη ατόμων άνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας άνω των 2000 ℃, ωστόσο, ορισμένα υλικά άνθρακα γραφιτοποιούνται σε υψηλή θερμοκρασία άνω των 3000 ℃. Αυτό το είδος υλικών άνθρακα ήταν γνωστό ως "σκληρός άνθρακας". Για εύκολα γραφιτοποιημένα υλικά άνθρακα, η παραδοσιακή μέθοδος γραφιτοποίησης περιλαμβάνει τη μέθοδο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, την καταλυτική γραφιτοποίηση, τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών κ.λπ.
Η γραφιτοποίηση είναι ένα αποτελεσματικό μέσο αξιοποίησης ανθρακούχων υλικών υψηλής προστιθέμενης αξίας. Μετά από εκτεταμένη και εις βάθος έρευνα από μελετητές, είναι πλέον ουσιαστικά ώριμη. Ωστόσο, ορισμένοι δυσμενείς παράγοντες περιορίζουν την εφαρμογή της παραδοσιακής γραφιτοποίησης στη βιομηχανία, επομένως είναι αναπόφευκτη η τάση να διερευνώνται νέες μέθοδοι γραφιτοποίησης.
Η μέθοδος ηλεκτρόλυσης τετηγμένου άλατος από τον 19ο αιώνα ήταν περισσότερο από ένας αιώνας ανάπτυξης, η βασική θεωρία και οι νέες μέθοδοί της είναι συνεχώς καινοτόμες και αναπτύσσονται, τώρα δεν περιορίζεται πλέον στην παραδοσιακή μεταλλουργική βιομηχανία, στις αρχές του 21ου αιώνα, το μέταλλο στο σύστημα τετηγμένου άλατος, η ηλεκτρολυτική αναγωγή στερεών οξειδίων των στοιχειακών μετάλλων έχει γίνει το επίκεντρο στην πιο ενεργή,
Πρόσφατα, μια νέα μέθοδος για την παρασκευή υλικών γραφίτη με ηλεκτρόλυση τηγμένου άλατος έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή.
Μέσω της καθοδικής πόλωσης και της ηλεκτροαπόθεσης, οι δύο διαφορετικές μορφές πρώτων υλών άνθρακα μετατρέπονται σε νανογραφιτικά υλικά με υψηλή προστιθέμενη αξία. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία γραφιτοποίησης, η νέα μέθοδος γραφιτοποίησης έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλότερης θερμοκρασίας γραφιτοποίησης και της ελεγχόμενης μορφολογίας.
Η παρούσα εργασία εξετάζει την πρόοδο της γραφιτοποίησης με ηλεκτροχημική μέθοδο, εισάγει αυτή τη νέα τεχνολογία, αναλύει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της και προβλέπει τη μελλοντική τάση ανάπτυξής της.
Πρώτον, μέθοδος ηλεκτρολυτικής καθοδικής πόλωσης τηγμένου άλατος
1.1 η πρώτη ύλη
Προς το παρόν, η κύρια πρώτη ύλη του τεχνητού γραφίτη είναι ο οπτάνθρακας βελόνας και ο οπτάνθρακας πίσσας υψηλού βαθμού γραφιτοποίησης, δηλαδή από τα υπολείμματα πετρελαίου και την πίσσα άνθρακα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή υλικών άνθρακα υψηλής ποιότητας, με χαμηλό πορώδες, χαμηλό θείο, χαμηλή περιεκτικότητα σε τέφρα και πλεονεκτήματα της γραφιτοποίησης, μετά την παρασκευή του σε γραφίτη έχει καλή αντοχή σε κρούση, υψηλή μηχανική αντοχή, χαμηλή ειδική αντίσταση,
Ωστόσο, τα περιορισμένα αποθέματα πετρελαίου και οι διακυμάνσεις στις τιμές του πετρελαίου έχουν περιορίσει την ανάπτυξή του, επομένως η αναζήτηση νέων πρώτων υλών έχει καταστεί επείγον πρόβλημα που πρέπει να λυθεί.
Οι παραδοσιακές μέθοδοι γραφιτοποίησης έχουν περιορισμούς και οι διαφορετικές μέθοδοι γραφιτοποίησης χρησιμοποιούν διαφορετικές πρώτες ύλες. Για τον μη γραφιτοποιημένο άνθρακα, οι παραδοσιακές μέθοδοι δύσκολα μπορούν να τον γραφιτοποιήσουν, ενώ ο ηλεκτροχημικός τύπος της ηλεκτρόλυσης τηγμένου άλατος παρακάμπτει τους περιορισμούς των πρώτων υλών και είναι κατάλληλος για σχεδόν όλα τα παραδοσιακά υλικά άνθρακα.
Τα παραδοσιακά υλικά άνθρακα περιλαμβάνουν την αιθάλη, τον ενεργό άνθρακα, τον άνθρακα κ.λπ., μεταξύ των οποίων ο άνθρακας είναι το πιο υποσχόμενο. Το μελάνι με βάση τον άνθρακα λαμβάνει άνθρακα ως πρόδρομο και παρασκευάζεται σε προϊόντα γραφίτη σε υψηλή θερμοκρασία μετά από προεπεξεργασία.
Πρόσφατα, αυτή η εργασία προτείνει νέες ηλεκτροχημικές μεθόδους, όπως η Peng, η οποία με ηλεκτρόλυση τηγμένου άλατος είναι απίθανο να γραφιτοποιήσει το μαύρο άνθρακα στην υψηλή κρυσταλλικότητα του γραφίτη. Η ηλεκτρόλυση δειγμάτων γραφίτη που περιέχουν νανομετρικά τσιπ γραφίτη σε σχήμα πετάλου έχει υψηλή ειδική επιφάνεια και, όταν χρησιμοποιείται για κάθοδο μπαταρίας λιθίου, έδειξε εξαιρετική ηλεκτροχημική απόδοση περισσότερο από τον φυσικό γραφίτη.
Οι Zhu et al. τοποθέτησαν τον άνθρακα χαμηλής ποιότητας που είχε υποστεί επεξεργασία με αποτέφρωση σε σύστημα τηγμένου άλατος CaCl2 για ηλεκτρόλυση στους 950 ℃ και μετέτρεψαν με επιτυχία τον άνθρακα χαμηλής ποιότητας σε γραφίτη με υψηλή κρυσταλλικότητα, ο οποίος έδειξε καλή απόδοση ρυθμού και μεγάλη διάρκεια ζωής όταν χρησιμοποιήθηκε ως άνοδος μπαταρίας ιόντων λιθίου.
Το πείραμα δείχνει ότι είναι εφικτή η μετατροπή διαφορετικών τύπων παραδοσιακών υλικών άνθρακα σε γραφίτη μέσω ηλεκτρόλυσης τηγμένου άλατος, γεγονός που ανοίγει έναν νέο δρόμο για τον μελλοντικό συνθετικό γραφίτη.
1.2 ο μηχανισμός του
Η μέθοδος ηλεκτρόλυσης τετηγμένου άλατος χρησιμοποιεί άνθρακα ως κάθοδο και τον μετατρέπει σε γραφίτη με υψηλή κρυσταλλικότητα μέσω καθοδικής πόλωσης. Προς το παρόν, η υπάρχουσα βιβλιογραφία αναφέρει την απομάκρυνση οξυγόνου και την αναδιάταξη ατόμων άνθρακα σε μεγάλες αποστάσεις στη διαδικασία πιθανής μετατροπής της καθοδικής πόλωσης.
Η παρουσία οξυγόνου στα ανθρακούχα υλικά θα εμποδίσει τη γραφιτοποίηση σε κάποιο βαθμό. Στην παραδοσιακή διαδικασία γραφιτοποίησης, το οξυγόνο θα απομακρυνθεί αργά όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από 1600K. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά βολικό να αποοξειδωθεί μέσω καθοδικής πόλωσης.
Οι Peng, κ.λπ. στα πειράματα αυτά πρότειναν για πρώτη φορά τον μηχανισμό δυναμικού καθοδικής πόλωσης της ηλεκτρόλυσης τηγμένου άλατος, δηλαδή τη γραφιτοποίηση. Το σημείο εκκίνησης είναι να εντοπιστεί στη διεπαφή στερεών μικροσφαιρών άνθρακα/ηλεκτρολύτη, όπου πρώτα σχηματίζονται μικροσφαίρες άνθρακα γύρω από ένα βασικό κέλυφος γραφίτη ίδιας διαμέτρου και στη συνέχεια τα σταθερά άνυδρα άτομα άνθρακα εξαπλώνονται σε πιο σταθερά εξωτερικά νιφάδες γραφίτη, μέχρι να γραφιτοποιηθούν πλήρως.
Η διαδικασία γραφιτοποίησης συνοδεύεται από την απομάκρυνση οξυγόνου, κάτι που επιβεβαιώνεται και από πειράματα.
Οι Jin et al. απέδειξαν επίσης αυτή την άποψη μέσω πειραμάτων. Μετά την ενανθράκωση της γλυκόζης, πραγματοποιήθηκε γραφιτοποίηση (περιεκτικότητα σε οξυγόνο 17%). Μετά τη γραφιτοποίηση, οι αρχικές στερεές σφαίρες άνθρακα (Εικ. 1α και 1γ) σχημάτισαν ένα πορώδες κέλυφος που αποτελείται από νανοφύλλα γραφίτη (Εικ. 1β και 1δ).
Με ηλεκτρόλυση ινών άνθρακα (16% οξυγόνο), οι ίνες άνθρακα μπορούν να μετατραπούν σε σωλήνες γραφίτη μετά από γραφιτοποίηση σύμφωνα με τον μηχανισμό μετατροπής που εικάζεται στη βιβλιογραφία.
Πιστεύεται ότι η κίνηση σε μεγάλες αποστάσεις γίνεται υπό καθοδική πόλωση ατόμων άνθρακα, η αναδιάταξη του γραφίτη υψηλού κρυστάλλου σε άμορφο άνθρακα πρέπει να διεκπεραιωθεί, οι συνθετικοί γραφίτες με μοναδικό σχήμα πετάλων νανοδομών επωφελούνται από άτομα οξυγόνου, αλλά ο συγκεκριμένος τρόπος επηρεασμού της νανοδομής του γραφίτη δεν είναι σαφής, όπως το οξυγόνο από τον σκελετό άνθρακα μετά την αντίδραση στην κάθοδο κ.λπ.
Προς το παρόν, η έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο και απαιτείται περαιτέρω έρευνα.
1.3 Μορφολογικός χαρακτηρισμός συνθετικού γραφίτη
Η SEM χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της μικροσκοπικής μορφολογίας της επιφάνειας του γραφίτη, η TEM χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της δομικής μορφολογίας σε πάχη μικρότερες από 0,2 μm, η XRD και η φασματοσκοπία Raman είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μέσα για τον χαρακτηρισμό της μικροδομής του γραφίτη, η XRD χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό των κρυσταλλικών πληροφοριών του γραφίτη και η φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό των ελαττωμάτων και του βαθμού τάξης του γραφίτη.
Υπάρχουν πολλοί πόροι στον γραφίτη που παρασκευάζεται με πόλωση καθόδου της ηλεκτρόλυσης τηγμένου άλατος. Για διαφορετικές πρώτες ύλες, όπως η ηλεκτρόλυση αιθάλης, λαμβάνονται πορώδεις νανοδομές που μοιάζουν με πέταλα. Πραγματοποιείται ανάλυση XRD και φάσματος Raman στον αιθάλη μετά την ηλεκτρόλυση.
Στους 827 ℃, μετά από επεξεργασία με τάση 2,6V για 1 ώρα, η φασματική εικόνα Raman του αιθάλης είναι σχεδόν η ίδια με αυτή του εμπορικού γραφίτη. Μετά την επεξεργασία του αιθάλης σε διαφορετικές θερμοκρασίες, μετράται η αιχμηρή χαρακτηριστική κορυφή του γραφίτη (002). Η κορυφή περίθλασης (002) αντιπροσωπεύει τον βαθμό προσανατολισμού του αρωματικού στρώματος άνθρακα στον γραφίτη.
Όσο πιο αιχμηρό είναι το στρώμα άνθρακα, τόσο πιο προσανατολισμένο είναι.
Ο Zhu χρησιμοποίησε τον καθαρισμένο κατώτερο άνθρακα ως κάθοδο στο πείραμα και η μικροδομή του γραφιτοποιημένου προϊόντος μετατράπηκε από κοκκώδη σε μεγάλη δομή γραφίτη, και το σφιχτό στρώμα γραφίτη παρατηρήθηκε επίσης στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο υψηλής ταχύτητας μετάδοσης.
Στα φάσματα Raman, με την αλλαγή των πειραματικών συνθηκών, η τιμή ID/Ig άλλαξε επίσης. Όταν η ηλεκτρολυτική θερμοκρασία ήταν 950 ℃, ο ηλεκτρολυτικός χρόνος ήταν 6 ώρες και η ηλεκτρολυτική τάση ήταν 2,6V, η χαμηλότερη τιμή ID/Ig ήταν 0,3 και η κορυφή D ήταν πολύ χαμηλότερη από την κορυφή G. Ταυτόχρονα, η εμφάνιση της κορυφής 2D αντιπροσώπευε επίσης τον σχηματισμό δομής γραφίτη με υψηλή τάξη.
Η αιχμηρή κορυφή περίθλασης (002) στην εικόνα XRD επιβεβαιώνει επίσης την επιτυχή μετατροπή του κατώτερου άνθρακα σε γραφίτη με υψηλή κρυσταλλικότητα.
Στη διαδικασία γραφιτοποίησης, η αύξηση της θερμοκρασίας και της τάσης θα διαδραματίσει έναν προωθητικό ρόλο, αλλά η πολύ υψηλή τάση θα μειώσει την απόδοση του γραφίτη και η πολύ υψηλή θερμοκρασία ή ο πολύ μεγάλος χρόνος γραφιτοποίησης θα οδηγήσει σε σπατάλη πόρων, επομένως για διαφορετικά υλικά άνθρακα, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να διερευνηθούν οι καταλληλότερες ηλεκτρολυτικές συνθήκες, οι οποίες αποτελούν επίσης το επίκεντρο και τη δυσκολία.
Αυτή η νανοδομή σε σχήμα πετάλου έχει εξαιρετικές ηλεκτροχημικές ιδιότητες. Ένας μεγάλος αριθμός πόρων επιτρέπει την ταχεία εισαγωγή/αποενσωμάτωση ιόντων, παρέχοντας υψηλής ποιότητας υλικά καθόδου για μπαταρίες κ.λπ. Επομένως, η ηλεκτροχημική μέθοδος γραφιτοποίησης είναι μια πολύ πιθανή μέθοδος γραφιτοποίησης.
Μέθοδος ηλεκτροαπόθεσης τετηγμένου άλατος
2.1 Ηλεκτροαπόθεση διοξειδίου του άνθρακα
Ως το σημαντικότερο αέριο του θερμοκηπίου, το CO2 είναι επίσης ένας μη τοξικός, ακίνδυνος, φθηνός και εύκολα διαθέσιμος ανανεώσιμος πόρος. Ωστόσο, ο άνθρακας στο CO2 βρίσκεται στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, επομένως το CO2 έχει υψηλή θερμοδυναμική σταθερότητα, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επαναχρησιμοποίησή του.
Η πρώτη έρευνα σχετικά με την ηλεκτροαπόθεση CO2 μπορεί να εντοπιστεί στη δεκαετία του 1960. Οι Ingram et al. παρασκεύασαν με επιτυχία άνθρακα σε χρυσό ηλεκτρόδιο στο σύστημα τηγμένου άλατος Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Οι Van et al. επεσήμαναν ότι οι σκόνες άνθρακα που ελήφθησαν σε διαφορετικά δυναμικά αναγωγής είχαν διαφορετικές δομές, συμπεριλαμβανομένου του γραφίτη, του άμορφου άνθρακα και των νανοινών άνθρακα.
Με τη χρήση τηγμένου αλατιού για τη δέσμευση του CO2 και την παρασκευή μεθόδων επιτυχίας για υλικά άνθρακα, μετά από μια μακρά περίοδο έρευνας, οι μελετητές έχουν επικεντρωθεί στον μηχανισμό σχηματισμού εναπόθεσης άνθρακα και στην επίδραση των συνθηκών ηλεκτρόλυσης στο τελικό προϊόν, που περιλαμβάνουν την ηλεκτρολυτική θερμοκρασία, την ηλεκτρολυτική τάση και τη σύνθεση του τηγμένου αλατιού και των ηλεκτροδίων κ.λπ., η παρασκευή υλικών γραφίτη υψηλής απόδοσης για ηλεκτροαπόθεση CO2 έχει θέσει μια σταθερή βάση.
Αλλάζοντας τον ηλεκτρολύτη και χρησιμοποιώντας σύστημα τηγμένου άλατος με βάση το CaCl2 με υψηλότερη απόδοση δέσμευσης CO2, οι Hu et al. παρασκεύασαν με επιτυχία γραφένιο με υψηλότερο βαθμό γραφιτοποίησης και νανοσωλήνες άνθρακα και άλλες δομές νανογραφίτη μελετώντας ηλεκτρολυτικές συνθήκες όπως η θερμοκρασία ηλεκτρόλυσης, η σύνθεση ηλεκτροδίων και η σύνθεση τηγμένου άλατος.
Σε σύγκριση με το ανθρακικό σύστημα, το CaCl2 έχει τα πλεονεκτήματα της φθηνότητας και της ευκολίας στην παρασκευή του, της υψηλής αγωγιμότητας, της εύκολης διάλυσης στο νερό και της υψηλότερης διαλυτότητας ιόντων οξυγόνου, τα οποία παρέχουν θεωρητικές συνθήκες για τη μετατροπή του CO2 σε προϊόντα γραφίτη με υψηλή προστιθέμενη αξία.
2.2 Μηχανισμός Μετασχηματισμού
Η παρασκευή υλικών άνθρακα υψηλής προστιθέμενης αξίας μέσω ηλεκτροαπόθεσης CO2 από τηγμένο αλάτι περιλαμβάνει κυρίως δέσμευση CO2 και έμμεση αναγωγή. Η δέσμευση CO2 ολοκληρώνεται με ελεύθερο O2- σε τηγμένο αλάτι, όπως φαίνεται στην Εξίσωση (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Προς το παρόν, έχουν προταθεί τρεις μηχανισμοί έμμεσης αναγωγής: αντίδραση ενός σταδίου, αντίδραση δύο σταδίων και μηχανισμός αντίδρασης αναγωγής μετάλλων.
Ο μηχανισμός αντίδρασης ενός σταδίου προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ingram, όπως φαίνεται στην Εξίσωση (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ο μηχανισμός αντίδρασης δύο σταδίων προτάθηκε από τους Borucka et al., όπως φαίνεται στην Εξίσωση (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ο μηχανισμός της αντίδρασης αναγωγής μετάλλων προτάθηκε από τους Deanhardt et al. Πίστευαν ότι τα μεταλλικά ιόντα ανάγονται πρώτα σε μέταλλο στην κάθοδο και στη συνέχεια το μέταλλο ανάγεται σε ανθρακικά ιόντα, όπως φαίνεται στην Εξίσωση (5~6):
Μ- + Ε – →Μ (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Προς το παρόν, ο μηχανισμός αντίδρασης ενός σταδίου είναι γενικά αποδεκτός στην υπάρχουσα βιβλιογραφία.
Οι Yin et al. μελέτησαν το σύστημα ανθρακικού Li-Na-K με νικέλιο ως κάθοδο, διοξείδιο του κασσιτέρου ως άνοδο και σύρμα αργύρου ως ηλεκτρόδιο αναφοράς και έλαβαν το σχήμα κυκλικής βολταμετρίας στο Σχήμα 2 (ρυθμός σάρωσης 100 mV/s) στην κάθοδο νικελίου και διαπίστωσαν ότι υπήρχε μόνο μία κορυφή αναγωγής (στα -2,0V) στην αρνητική σάρωση.
Επομένως, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι κατά την αναγωγή του ανθρακικού άλατος έλαβε χώρα μόνο μία αντίδραση.
Οι Gao et al. έλαβαν την ίδια κυκλική βολταμετρία στο ίδιο ανθρακικό σύστημα.
Οι Ge et al. χρησιμοποίησαν αδρανή άνοδο και κάθοδο βολφραμίου για να συλλάβουν CO2 στο σύστημα LiCl-Li2CO3 και έλαβαν παρόμοιες εικόνες, και μόνο μια κορυφή μείωσης της εναπόθεσης άνθρακα εμφανίστηκε στην αρνητική σάρωση.
Στο σύστημα τηγμένου άλατος αλκαλικών μετάλλων, θα παράγονται αλκαλικά μέταλλα και CO2 κατά την εναπόθεση άνθρακα από την κάθοδο. Ωστόσο, επειδή οι θερμοδυναμικές συνθήκες της αντίδρασης εναπόθεσης άνθρακα είναι χαμηλότερες σε χαμηλότερη θερμοκρασία, μόνο η αναγωγή του ανθρακικού άλατος σε άνθρακα μπορεί να ανιχνευθεί στο πείραμα.
2.3 Δέσμευση CO2 από τηγμένο αλάτι για την παρασκευή προϊόντων γραφίτη
Νανοϋλικά γραφίτη υψηλής προστιθέμενης αξίας, όπως το γραφένιο και οι νανοσωλήνες άνθρακα, μπορούν να παρασκευαστούν με ηλεκτροαπόθεση CO2 από τηγμένο άλας, ελέγχοντας τις πειραματικές συνθήκες. Οι Hu et al. χρησιμοποίησαν ανοξείδωτο χάλυβα ως κάθοδο στο σύστημα τηγμένου άλατος CaCl2-NaCl-CaO και ηλεκτρολύθηκαν για 4 ώρες υπό συνθήκες σταθερής τάσης 2,6V σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Χάρη στην κατάλυση του σιδήρου και την εκρηκτική δράση του CO μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη, βρέθηκε γραφένιο στην επιφάνεια της καθόδου. Η διαδικασία παρασκευής του γραφενίου φαίνεται στο Σχήμα 3.
Η εικόνα
Μεταγενέστερες μελέτες πρόσθεσαν Li2SO4 με βάση το σύστημα τηγμένου άλατος CaCl2-NaClCaO, η θερμοκρασία ηλεκτρόλυσης ήταν 625 ℃, μετά από 4 ώρες ηλεκτρόλυσης, ταυτόχρονα στην καθοδική εναπόθεση άνθρακα βρέθηκαν γραφένιο και νανοσωλήνες άνθρακα, η μελέτη διαπίστωσε ότι το Li+ και το SO42- έχουν θετική επίδραση στη γραφιτοποίηση.
Το θείο ενσωματώνεται επίσης με επιτυχία στο σώμα άνθρακα και μπορούν να ληφθούν εξαιρετικά λεπτά φύλλα γραφίτη και νηματοειδής άνθρακας ελέγχοντας τις ηλεκτρολυτικές συνθήκες.
Υλικά όπως η ηλεκτρολυτική θερμοκρασία υψηλής και χαμηλής για τον σχηματισμό γραφενίου είναι κρίσιμα, όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από 800 ℃ είναι ευκολότερη για την παραγωγή CO2 αντί για άνθρακα, σχεδόν καθόλου εναπόθεση άνθρακα όταν είναι υψηλότερη από 950 ℃, επομένως ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι εξαιρετικά σημαντικός για την παραγωγή γραφενίου και νανοσωλήνων άνθρακα και την αποκατάσταση της ανάγκης για συνέργεια αντίδρασης εναπόθεσης άνθρακα CO2, ώστε να διασφαλιστεί ότι η κάθοδος θα παράγει σταθερό γραφένιο.
Αυτές οι εργασίες παρέχουν μια νέα μέθοδο για την παρασκευή προϊόντων νανογραφίτη με CO2, η οποία έχει μεγάλη σημασία για τη διάλυση των αερίων του θερμοκηπίου και την παρασκευή γραφενίου.
3. Σύνοψη και Προοπτικές
Με την ταχεία ανάπτυξη της νέας ενεργειακής βιομηχανίας, ο φυσικός γραφίτης δεν μπόρεσε να καλύψει την τρέχουσα ζήτηση και ο τεχνητός γραφίτης έχει καλύτερες φυσικές και χημικές ιδιότητες από τον φυσικό γραφίτη, επομένως η φθηνή, αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον γραφιτοποίηση αποτελεί μακροπρόθεσμο στόχο.
Οι ηλεκτροχημικές μέθοδοι γραφιτοποίησης σε στερεές και αέριες πρώτες ύλες με τη μέθοδο της καθοδικής πόλωσης και της ηλεκτροχημικής εναπόθεσης ήταν επιτυχείς από τα υλικά γραφίτη με υψηλή προστιθέμενη αξία, σε σύγκριση με τον παραδοσιακό τρόπο γραφιτοποίησης, η ηλεκτροχημική μέθοδος είναι υψηλότερης απόδοσης, χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, πράσινης προστασίας του περιβάλλοντος, για μικρά περιορισμένα από επιλεκτικά υλικά ταυτόχρονα, ανάλογα με τις διαφορετικές συνθήκες ηλεκτρόλυσης μπορούν να παρασκευαστούν σε διαφορετική μορφολογία της δομής γραφίτη,
Παρέχει έναν αποτελεσματικό τρόπο μετατροπής όλων των ειδών άμορφου άνθρακα και αερίων του θερμοκηπίου σε πολύτιμα νανοδομημένα γραφιτικά υλικά και έχει καλές προοπτικές εφαρμογής.
Προς το παρόν, αυτή η τεχνολογία βρίσκεται σε αρχικό στάδιο. Υπάρχουν λίγες μελέτες για τη γραφιτοποίηση με ηλεκτροχημική μέθοδο και εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές άγνωστες διεργασίες. Επομένως, είναι απαραίτητο να ξεκινήσουμε από τις πρώτες ύλες και να διεξάγουμε μια ολοκληρωμένη και συστηματική μελέτη σε διάφορους άμορφους άνθρακες, και ταυτόχρονα να διερευνήσουμε τη θερμοδυναμική και τη δυναμική της μετατροπής γραφίτη σε βαθύτερο επίπεδο.
Αυτά έχουν μεγάλη σημασία για τη μελλοντική ανάπτυξη της βιομηχανίας γραφίτη.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Μαΐου 2021