Ny graphite dia mizara ho graphite artifisialy sy graphite voajanahary, tahiry voaporofo maneran-tany momba ny graphite voajanahary amin'ny 2 miliara taonina eo ho eo.
Ny grafit artifisialy dia azo amin'ny alàlan'ny fanimbana sy ny fitsaboana hafanana amin'ny fitaovana misy karbaona eo ambanin'ny tsindry mahazatra.Mitaky mari-pana sy angovo ampy ho toy ny hery enti-mitondra izany fiovana izany, ary hiova ho firafitra kristaly grafita voalamina io fiovam-po io.
Ny grafitization dia amin'ny heviny midadasika indrindra amin'ny fitaovana misy karbônina amin'ny alàlan'ny 2000 ℃ hafanana hafanana fitsaboana atôma karbônina rearrangement, na izany aza ny sasany amin'ny fitaovana karbonina amin'ny hafanana ambony 3000 ℃ graphitization, ity karazana fitaovana karbaona ity dia fantatra amin'ny anarana hoe "saribao mafy", ho an'ny mora graphitized karbaona fitaovana, ny nentim-paharazana fomba graphitization ahitana ny mari-pana ambony sy ny tsindry ambony fomba, catalytic graphitization, simika etona deposition fomba, sns.
Ny graphitization dia fomba mahomby amin'ny fampiasana sanda avo lenta amin'ny akora karbona.Taorian'ny fikarohana lalina sy lalina nataon'ny manam-pahaizana dia efa matotra izy io ankehitriny.Na izany aza, misy antony tsy mahafa-po sasany mametra ny fampiharana ny graphitization nentim-paharazana amin'ny indostria, noho izany dia fironana tsy azo ihodivirana ny mikaroka fomba fiasa vaovao.
Molten sira electrolysis fomba hatramin'ny taonjato faha-19 dia mihoatra ny taonjato ny fampandrosoana, ny fototra teoria sy ny fomba vaovao dia tsy tapaka fanavaozana sy ny fampandrosoana, ankehitriny dia tsy voafetra ho amin'ny nentim-paharazana metallurgical orinasa, tamin'ny fiandohan'ny taonjato faha-21, ny metaly in ny rafitra sira miendrika oksizenina mafy electrolytic fampihenana fanomanana ny singa metaly lasa mifantoka amin'ny mavitrika kokoa,
Vao haingana, nisy fomba vaovao hanomanana fitaovana grafita amin'ny alàlan'ny elektrôlôly sira miendrika dia nahasarika ny sain'ny maro.
Amin'ny alàlan'ny polarization cathodic sy ny electrodeposition, ireo endrika roa samy hafa amin'ny akora manta karbônina dia ovaina ho fitaovana nano-graphite miaraka amin'ny vidiny fanampiny.Raha ampitahaina amin'ny teknolojia graphitization nentim-paharazana, ny fomba graphitization vaovao dia manana tombony amin'ny mari-pana ambany kokoa amin'ny graphitization sy ny morphologie azo fehezina.
Ity lahatsoratra ity dia mandinika ny fivoaran'ny graphitization amin'ny alàlan'ny fomba electrochemical, mampiditra ity teknolojia vaovao ity, manadihady ny tombony sy ny fatiantokany, ary manantena ny fivoarany ho avy.
Voalohany, sira electrolytika cathode polarization fomba
1.1 ny akora
Amin'izao fotoana izao, ny tena akora amin'ny graphite artifisialy dia coke fanjaitra sy coke amin'ny graphitization avo lenta, izany hoe ny sisa tavela amin'ny solika sy ny tara arintany ho akora mamokatra akora karbaona avo lenta, miaraka amin'ny porosity ambany, solifara ambany, lavenona ambany. Ny votoatiny sy ny tombony amin'ny graphitization, aorian'ny fanomanana azy ho graphite dia manana fanoherana tsara amin'ny fiantraikany, hery mekanika avo, fanoherana ambany,
Na izany aza, ny tahirin-tsolika voafetra sy ny fiovaovan'ny vidin-tsolika dia nanery ny fivoarany, ka ny fitadiavana akora vaovao dia lasa olana maika tokony hovahana.
Misy fetrany ny fomba fanaovana grafita nentim-paharazana, ary mampiasa akora samihafa ny fomba fanaovana sary.Ho an'ny karbaona tsy misy grafitized, ny fomba nentim-paharazana dia zara raha afaka mamolavola azy io, raha toa kosa ny raikipohy elektrokimia amin'ny elektrôlôly sira voarendrika dia mamakivaky ny famerana ny akora, ary mety amin'ny fitaovana karbaona mahazatra rehetra.
Ny fitaovana karbaona nentim-paharazana dia ahitana karbaona mainty, karbônina mavitrika, saribao, sns., anisan'izany ny saribao no tena mampanantena.Ny ranomainty mifototra amin'ny saribao dia maka saribao ho mpialoha lalana ary voaomana ho vokatra grafita amin'ny hafanana ambony aorian'ny fitsaboana mialoha.
Vao haingana, ity taratasy ity dia manolotra fomba electrochemical vaovao, toy ny Peng, amin'ny alalan'ny sira voarendrika electrolysis dia tsy azo inoana fa graphitized karbaona mainty ho any amin'ny avo crystallinity ny graphite, ny electrolysis ny graphite santionany misy ny petal endrika graphite nanometer chips, manana faritra ambony manokana, rehefa ampiasaina amin'ny cathode bateria lithium dia nampiseho fampisehoana electrochemical tsara kokoa noho ny graphite voajanahary.
Zhu et al.apetraho ao anaty rafitra sira CaCl2 ho an'ny electrolysis amin'ny 950 ℃ ny arina mahafaty voatsabo amin'ny 950 ℃, ary nanova tamim-pahombiazana ny arina ambany kalitao ho graphite miaraka amin'ny kristaly avo lenta, izay nampiseho ny fahombiazan'ny tahan'ny tsara sy ny fiainana tsingerina lava rehefa ampiasaina ho anode ny bateria lithium ion. .
Ny fanandramana dia mampiseho fa azo atao ny mamadika karazana akora karbônina nentim-paharazana ho grafita amin'ny alàlan'ny elektrôlôly sira miendrika, izay manokatra fomba vaovao ho an'ny graphite synthetic ho avy.
1.2 ny mekanisma ny
Ny fomba elektrôlisisana sira miendrika dia mampiasa akora karbônina ho cathode ary mamadika azy ho grafita misy kristaly avo lenta amin'ny alàlan'ny polarization cathodic.Amin'izao fotoana izao, ny literatiora efa misy dia milaza ny fanesorana oksizenina sy ny fanovana lavitr'ireo atôma karbônina amin'ny fizotry ny fiovam-po amin'ny polarization cathodic.
Ny fisian'ny oksizenina amin'ny akora karbônina dia hanakana ny graphitization amin'ny lafiny sasany.Ao amin'ny dingan'ny graphitization nentim-paharazana, ny oksizenina dia esorina tsikelikely rehefa mihoatra ny 1600K ny mari-pana.Na izany aza, dia tena mety ny deoxidize amin'ny alalan'ny cathodic polarization.
Peng, sns amin'ny fanandramana voalohany dia nametraka ny mekanika mety ho polarization cathodic sira electrolysis, izany hoe ny graphitization indrindra ny toerana hanombohana dia tokony ho hita ao amin'ny microspheres / electrolyte karbônina mafy orina, microsphere karbonika voalohany miforona manodidina ny savaivony mitovy. akorandriaka graphite, ary avy eo ny atôma karbônina anhydrous tsy marin-toerana dia miparitaka any amin'ny tadin'ny graphite ivelany marin-toerana kokoa, mandra-pahavitan'ny sary tanteraka,
Ny dingan'ny graphitization dia miaraka amin'ny fanesorana oksizenina, izay nohamafisin'ny fanandramana ihany koa.
Jin et al.nanaporofo izany fomba fijery izany tamin’ny alalan’ny andrana ihany koa.Taorian'ny carbonization ny glucose, dia natao ny graphitization (17% oxygen content).Taorian'ny graphitization, ny tontolon'ny karbaona mivaingana tany am-boalohany (sary 1a sy 1c) dia namorona akorandriaka porous misy grafit nanosheets (sary 1b sy 1d).
Amin'ny alàlan'ny electrolysis ny fibre karbônina (16% oksizenina), ny fibra karbônina dia azo ovaina ho fantsona graphite aorian'ny fanaovana graphitization araka ny fomba fiovam-po voalaza ao amin'ny literatiora.
Nino fa ny hetsika lavitr'ezaka dia eo ambanin'ny cathodic polarization ny atoma karbaona ny kristaly avo graphite ho amorphous karbaona rearrange tsy maintsy dingana, synthetic graphite tsy manam-paharoa felany endrika nanostructures nahazo tombony avy amin'ny oksizenina ataoma avy, fa ny manokana ny fomba fiantraikany graphite nanometer rafitra tsy mazava, toy ny oksizenina avy amin'ny taolam-paty karbônina taorian'ny fihetsiky ny cathode, sns.,
Amin'izao fotoana izao, ny fikarohana momba ny mekanika dia mbola eo amin'ny dingana voalohany, ary ilaina ny fikarohana fanampiny.
1.3 Famaritana ny morphologique ny graphite synthetic
SEM dia ampiasaina hijerena ny microscopic surface morphology of graphite, TEM dia ampiasaina hijerena ny morphologie ara-drafitra latsaky ny 0.2 μm, XRD sy Raman spectroscopy no tena ampiasaina matetika mba hamaritana ny microstructure ny graphite, XRD dia ampiasaina mba hamaritana ny kristaly. Ny fampahalalam-baovao momba ny grafita, ary ny spectroscopy Raman dia ampiasaina hamaritana ny lesoka sy ny ambaratongan'ny graphite.
Misy pores maro ao amin'ny graphite nomanina tamin'ny alàlan'ny polarization cathode amin'ny electrolysis sira.Ho an'ny akora samihafa, toy ny electrolysis mainty karbônina, ny nanostructures porous toy ny petal dia azo.Ny famakafakana spectrum XRD sy Raman dia atao amin'ny mainty karbônina aorian'ny electrolysis.
Ao amin'ny 827 ℃, rehefa avy notsaboina tamin'ny 2.6V malefaka ho an'ny 1h, ny Raman spectral sary karbaona mainty dia saika mitovy amin'ny ara-barotra graphite.Aorian'ny fikarakarana ny mainty karbônina amin'ny hafanana samihafa, dia refesina ny tampon'ny toetran'ny graphite maranitra (002).Ny tampon'ny diffraction (002) dia maneho ny haavon'ny orientation ny sosona karbônina aromatika amin'ny graphite.
Arakaraky ny maranitra kokoa ny sosona karbônina, no mitodika kokoa.
Zhu dia nampiasa ny arina ambany voadio ho toy ny cathode ao amin'ny fanandramana, ary ny microstructure ny graphitized vokatra dia niova avy amin'ny granular ho lehibe graphite rafitra, ary ny mafy sosona graphite koa dia nandinika teo ambanin'ny hafainganam-pandeha avo elektronika mikraoskaopy.
Ao amin'ny Raman spectra, miaraka amin'ny fiovan'ny fepetra andrana, niova koa ny sanda ID/Ig.Raha ny mari-pana electrolytic dia 950 ℃, ny electrolytic fotoana dia 6h, ary ny electrolytic malefaka dia 2.6V, ny ambany indrindra ID / Ig sanda dia 0.3, ary ny D tampon'isan dia ambany kokoa noho ny G tampon'isan.Nandritra izany fotoana izany, ny endriky ny tampon'isan'ny 2D dia maneho ihany koa ny fananganana rafitra grafit voalamina tsara.
Ny tampon'ny diffraction maranitra (002) amin'ny sary XRD dia manamafy ihany koa ny fiovam-pahombiazan'ny arina ambany ho grafita misy kristaly avo lenta.
Ao amin'ny dingan'ny graphitization, ny fitomboan'ny mari-pana sy ny voly dia hanana anjara toerana mampiroborobo, fa ny malefaka loatra dia hampihena ny vokatry ny grafit, ary ny hafanana be loatra na ny fotoana grafitization lava loatra dia hitarika ho amin'ny fandaniam-bola, noho izany ho an'ny fitaovana karbaona samihafa. , dia zava-dehibe indrindra ny mandinika ny mety indrindra electrolytic fepetra, dia koa ny fifantohana sy ny fahasarotana.
Ity nanostructure flake toy ny petal ity dia manana fananana electrochemical tena tsara.Ny pores be dia be dia mamela ny ion hampidirina haingana / déembedded, manome fitaovana cathode avo lenta ho an'ny bateria, sns. Noho izany, ny fomba electrochemical graphitization dia fomba tena mety amin'ny graphitization.
Fomba electrodeposition sira miendrika
2.1 Electrodeposition ny gazy karbonika
Amin'ny maha entona mampidi-doza indrindra, CO2 dia loharano tsy misy poizina, tsy mampidi-doza, mora azo havaozina ary mora azo.Na izany aza, ny karbaona ao amin'ny CO2 dia ao amin'ny fanjakana oxidation avo indrindra, noho izany ny CO2 dia manana fahamarinan-toerana thermodynamic avo, izay manasarotra ny fampiasana indray.
Ny fikarohana voalohany momba ny electrodeposition CO2 dia azo trandrahana tamin'ny taona 1960.Ingram et al.voaomana soa aman-tsara karbaona amin'ny electrode volamena ao amin'ny rafitra sira voarendrika Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.dia nanamarika fa ny vovoka karbaona azo amin'ny mety fampihenana samy hafa dia manana rafitra samy hafa, anisan'izany ny graphite, karbaona amorphous ary nanofibers karbona.
Amin'ny sira voarendrika hisambotra CO2 sy ny fomba fanomanana ny karbaona fahombiazana ara-nofo, rehefa ela ny manam-pahaizana fikarohana dia nifantoka tamin'ny karbaona deposition fananganana rafitra sy ny vokatry ny electrolysis fepetra amin'ny vokatra farany, izay ahitana electrolytic mari-pana, electrolytic malefaka sy ny firafitry ny sira sy electrodes voarendrika, sns, ny fanomanana ny fampisehoana avo ny fitaovana graphite ho electrodeposition ny CO2 dia nametraka fototra mafy.
Amin'ny alalan'ny fanovana ny electrolyte sy ny fampiasana ny CaCl2 mifototra amin'ny rafitra sira voarendrika amin'ny CO2 fahaiza-manao ambony kokoa, Hu et al.nahavita nanomana graphene amin'ny mari-pahaizana graphitization ambony sy nanotubes karbôna ary rafitra nanographite hafa amin'ny fandalinana ny toe-javatra elektrôlôtika toy ny mari-pana electrolysis, ny firafitry ny electrode ary ny firafitry ny sira.
Raha ampitahaina amin'ny rafitra karbônina, ny CaCl2 dia manana tombony amin'ny vidiny mora sy mora azo, ny conductivity avo, mora levona ao anaty rano, ary ny solubility avo lenta amin'ny oksizenina ion, izay manome fepetra ara-teorika ho an'ny fiovam-po amin'ny CO2 ho vokatra graphite miaraka amin'ny sanda fanampiny.
2.2 Mekanisma fanovana
Ny fanomanana fitaovana karbônina avo lenta amin'ny alàlan'ny electrodeposition ny CO2 avy amin'ny sira miendrika dia ahitana ny fisamborana CO2 sy ny fampihenana ankolaka.Ny fisamborana ny CO2 dia vita amin'ny O2- maimaim-poana amin'ny sira mitsonika, araka ny aseho ao amin'ny Fizarana (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Amin'izao fotoana izao, fomba telo ny fanehoan-kevitra fampihenana ankolaka no natolotra: fanehoan-kevitra dingana iray, fanehoan-kevitra roa dingana ary mekanika fanehoan-kevitra fampihenana metaly.
Ny mekanika fanehoan-kevitra dingana iray dia natolotr'i Ingram voalohany, araka ny aseho ao amin'ny Equation (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ny mekanika fanehoan-kevitra dingana roa dia natolotr'i Borucka et al., araka ny aseho ao amin'ny Equation (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ny mekanika amin'ny fihenan'ny metaly dia natolotr'i Deanhardt et al.Nino izy ireo fa ny ions metaly dia nihena voalohany ho metaly ao amin'ny cathode, ary avy eo ny metaly dia nahena ho ion karbona, araka ny aseho ao amin'ny Equation (5~6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Amin'izao fotoana izao, ny mekanika fanehoan-kevitra dingana iray dia ekena amin'ny ankapobeny amin'ny literatiora efa misy.
Yin et al.dia nianatra ny rafitra karbônina Li-Na-K miaraka amin'ny nikela ho cathode, dioxide tin ho anode ary tariby volafotsy ho electrode reference, ary nahazo ny tarehimarika fitsapana voltammetry cyclic ao amin'ny Figure 2 (famantarana ny tahan'ny 100 mV / s) amin'ny cathode nikela, ary hita. fa tsy nisy afa-tsy tampon'ny fampihenana iray (amin'ny -2.0V) tamin'ny fizahana ratsy.
Noho izany dia azo tsoahina fa fanehoan-kevitra iray ihany no nitranga nandritra ny fampihenana ny karbônina.
Gao et al.nahazo ny voltammetry cyclic mitovy amin'ny rafitra karbônina mitovy.
Ge et al.nampiasa anode inert sy tungstène cathode hisambotra CO2 ao amin'ny rafitra LiCl-Li2CO3 ary nahazo sary mitovitovy, ary ny fihenan'ny tampon'ny deposition karbaona ihany no niseho tamin'ny scanning ratsy.
Ao amin'ny rafitry ny sira metaly alkaline, ny metaly alkali sy ny CO dia hipoitra raha toa ka apetraky ny cathode ny karbaona.Na izany aza, satria ambany kokoa amin'ny mari-pana ambany kokoa ny fepetra thermodynamika amin'ny fihetsiketsehan'ny deposition karbônina, ny fampihenana ny karbônina ho karbônina ihany no azo tsikaritra amin'ny fanandramana.
2.3 Fisamborana CO2 amin'ny sira miendrika hanomanana vokatra grafita
Ny nanomaterials graphite avo lenta toy ny graphene sy nanotubes karbonika dia azo omanina amin'ny alàlan'ny electrodeposition ny CO2 avy amin'ny sira miendrika amin'ny fanaraha-maso ny fepetra andrana.Hu et al.vy Stainless ampiasaina ho cathode ao amin'ny CaCl2-NaCl-CaO rafitra sira voarendrika sy electrolyzed nandritra ny 4h eo ambanin'ny toetry ny 2.6V malefaka malefaka amin'ny hafanana samy hafa.
Noho ny catalysis ny vy sy ny fipoahan'ny CO eo anelanelan'ny sosona graphite, graphene dia hita teo ambonin'ny cathode.Ny dingana fanomanana ny graphene dia aseho amin'ny sary 3.
Ny sary
Taty aoriana fianarana nanampy Li2SO4 eo amin'ny fototry ny CaCl2-NaClCaO rafitra sira, electrolysis mari-pana dia 625 ℃, rehefa afaka 4h ny electrolysis, miaraka amin'izay koa ao amin'ny cathodic deposition ny karbaona hita graphene sy karbaona nanotubes, ny fandinihana dia nahita fa Li + sy SO4 2 - hitondra fiantraikany tsara amin'ny graphitization.
Ny solifara dia ampidirina soa aman-tsara ao amin'ny vatana karbônina, ary azo alaina amin'ny alàlan'ny fanaraha-maso ny fepetra elektrôlôtika ny takelaka grafit faran'izay manify sy ny karbaona filamentous.
Ny fitaovana toy ny electrolytique mari-pana ambony sy ambany noho ny fananganana ny graphene dia manakiana, raha ny mari-pana ambony noho ny 800 ℃ dia mora kokoa ny hamokatra CO fa tsy ny karbaona, saika tsy misy karbaona deposition rehefa ambony noho ny 950 ℃, noho izany ny mari-pana fanaraha-maso dia tena zava-dehibe hamokatra graphene sy karbônina nanotubes, ary hamerina ny filàna karbaona deposition fanehoan-kevitra CO synergy fanehoan-kevitra mba hahazoana antoka fa ny cathode hiteraka graphene marin-toerana.
Ireo asa ireo dia manome fomba vaovao amin'ny fanomanana ny vokatra nano-grafita avy amin'ny CO2, izay manan-danja lehibe amin'ny famahana ny entona mandatsa-dranomaso sy ny fanomanana ny graphene.
3. Famintinana sy fijery
Miaraka amin'ny fivoarana haingana ny indostrian'ny angovo vaovao, ny graphite voajanahary dia tsy afaka mahafeno ny fangatahana ankehitriny, ary ny grafit artifisialy dia manana toetra ara-batana sy simika tsara kokoa noho ny graphite voajanahary, noho izany dia tanjona maharitra ny grafita mora, mahomby ary ara-tontolo iainana.
Ny fomba electrochemical graphitization amin'ny akora mivaingana sy entona miaraka amin'ny fomba cathodic polarization sy electrochemical deposition dia nahomby tamin'ny fitaovana grafit miaraka amin'ny sanda fanampiny, raha ampitahaina amin'ny fomba nentim-paharazana amin'ny graphitization, ny fomba electrochemical dia mahomby kokoa, fanjifana angovo ambany kokoa, fiarovana ny tontolo iainana maitso, ho an'ny kely voafetra amin'ny fitaovana mifantina amin'ny fotoana iray ihany, araka ny fepetra electrolysis samihafa dia azo omanina amin'ny morphologie samihafa amin'ny firafitry ny graphite,
Izy io dia manome fomba mahomby ho an'ny karazana karbônina amorphous sy entona mandatsa-dranomaso mba hiova ho fitaovana grafita vita amin'ny nano-structured sarobidy ary manana fanantenana azo ampiharina tsara.
Amin'izao fotoana izao, ity teknolojia ity dia eo am-piandohana.Vitsy ny fanadihadiana momba ny graphitization amin'ny fomba electrochemical, ary mbola maro ny dingana tsy fantatra.Noho izany, ilaina ny manomboka amin'ny akora fototra ary manao fandalinana feno sy rafitra momba ny karbaona amorphous isan-karazany, ary miaraka amin'izay koa, mandinika ny thermodynamics sy ny dinamika amin'ny fiovam-po amin'ny graphite amin'ny ambaratonga lalindalina kokoa.
Ireo dia manana lanjany lehibe ho an'ny fampandrosoana ho avy amin'ny indostrian'ny graphite.
Fotoana fandefasana: May-10-2021