D'Graphit gëtt a kënschtlech Graphit an natierlech Graphit opgedeelt, déi weltwäit bewährte Reserven vun natierleche Graphit an ongeféier 2 Milliarden Tonnen.
Kënschtlech Grafit gëtt duerch Zersetzung an Hëtztbehandlung vu Kuelestoffhaltege Materialien ënner normalen Drock kritt.Dës Transformatioun erfuerdert héich genuch Temperatur an Energie als dreiwend Kraaft, an déi gestéiert Struktur gëtt an eng bestallt Grafitkristallstruktur transforméiert.
Graphitiséierung ass am breetste Sënn vum Kuelestoff duerch iwwer 2000 ℃ Héichtemperatur Wärmebehandlung Kuelestoffatome Ëmarrangement, awer e puer Kuelestoffmaterialien an der Héichtemperatur iwwer 3000 ℃ Grafitiséierung, dës Aart vu Kuelestoffmaterial war bekannt als "Hard Holzkuel", fir einfach graphitized Kuelestoff Materialien, déi traditionell graphitization Method ëmfaasst héich Temperatur an héich Drock Method, katalytesch graphitization, chemesch Dampfer Oflagerung Method, etc.
Graphitiséierung ass en effektiv Mëttel fir héichwäerteg Notzung vu Kuelestoffmaterialien.No extensiv an am-Déift Fuerschung vu Geléiert, ass et am Fong elo reift.Wéi och ëmmer, e puer negativ Faktoren limitéieren d'Applikatioun vun der traditioneller Grafitiséierung an der Industrie, sou datt et en inévitabelen Trend ass fir nei Graphitiséierungsmethoden ze entdecken.
Molten Salz electrolysis Method zanter dem 19. Joerhonnert war méi wéi engem Joerhonnert vun Entwécklung, seng Basis Theorie an nei Methoden sinn permanent Innovatioun an Entwécklung, elo ass net méi limitéiert op déi traditionell metallurgical Industrie, am Ufank vum 21. Joerhonnert, d'Metall an de geschmollte Salz System fest Oxid elektrolytesch Reduktioun Virbereedung vun elementar Metaller sinn am Fokus an der méi aktiv ginn,
Viru kuerzem huet eng nei Method fir d'Virbereedung vun Grafitmaterialien duerch geschmollte Salzelektrolyse vill Opmierksamkeet ugezunn.
Mat der kathodescher Polariséierung an der Elektrodepositioun ginn déi zwou verschidde Forme vu Kuelestoff-Rohmaterialien an Nano-Graphitmaterialien mat héijem Valeur ëmgewandelt.Am Verglach mat der traditioneller Grafitiséierungstechnologie huet déi nei Grafitiséierungsmethod d'Virdeeler vun enger niddereger Grafitiséierungstemperatur a kontrolléierbarer Morphologie.
Dëse Pabeier iwwerpréift de Fortschrëtt vun der Graphitiséierung duerch elektrochemesch Method, stellt dës nei Technologie vir, analyséiert seng Virdeeler an Nodeeler, a kuckt seng zukünfteg Entwécklungstrend.
Éischt, geschmollte Salz elektrolytesch kathode Polariséierungsmethod
1.1 de Matière première
Am Moment, ass d'Haaptrei Matière première vun kënschtlech GRAPHITE Nadel Kock a Pech Kock vun héich graphitization Grad, nämlech duerch den Ueleg Rescht a Kuel Teer als Matière première fir eng héich-Qualitéit Kuelestoff Material ze produzéieren, mat niddereg porosity, niddereg Schwiewel, niddereg Äschen Inhalt an Virdeeler vun graphitization, no hirer Virbereedung an GRAPHITE huet gutt Resistenz zu Impakt, héich mechanesch Kraaft, niddereg resistivity,
Wéi och ëmmer, limitéiert Uelegreserven a fluktuéierend Uelegpräisser hunn hir Entwécklung beschränkt, sou datt d'Sich no neie Rohmaterial en dréngende Problem gouf fir ze léisen.
Traditionell Graphitiséierungsmethoden hunn Aschränkungen, a verschidde Graphitiséierungsmethoden benotze verschidde Matière première.Fir net-graphitized Kuelestoff, traditionell Methoden kann et kaum graphitize, iwwerdeems d'elektrochemical Formel vun geschmollte Salz electrolysis duerch d'Begrenzung vun Matière première brécht, an ass gëeegent fir bal all traditionell Kuelestoff Materialien.
Traditionell Kuelestoffmaterialien enthalen Kueleschwarz, Aktivkuelestoff, Kuel, etc., ënner deenen Kuel déi villverspriechendst ass.D'Kuel-baséiert Tënt hëlt Kuel als Virleefer a gëtt an GRAPHITE Produkter bei héijer Temperatur no Pre-Behandlung virbereet.
Viru kuerzem proposéiert dëse Pabeier eng nei elektrochemesch Methoden, wéi Peng, duerch geschmollte Salz Elektrolyse ass onwahrscheinlech graphitized Kuelestoff schwaarz an der héich crystallinity vun GRAPHIT, der electrolysis vun GRAPHITE Echantillon mat der Bléieblieder Form GRAPHITE Nanometer Chips, huet héich spezifesch Uewerfläch Beräich, wann benotzt fir Lithium Batterie cathode huet excellent elektrochemical Leeschtung méi wéi natierlech GRAPHITE.
Zhu et al.setzt d'deashing behandelt niddereg-Qualitéit Kuel an CaCl2 geschmollte Salz System fir Elektrolyse bei 950 ℃, an erfollegräich transforméiert niddereg-Qualitéit Kuel an GRAPHITE mat héich Kristallinitéit, déi gutt Taux Leeschtung a laang Zyklus Liewen gewisen, wie als Anode vun Lithium Ion Batterie .
D'Experiment weist datt et machbar ass, verschidden Zorte vun traditionelle Kuelestoffmaterialien a Grafit duerch geschmollte Salzelektrolyse ëmzewandelen, wat en neie Wee fir zukünfteg synthetescht Grafit opmaacht.
1.2 de Mechanismus vun
Geschmolten Salzelektrolysemethod benotzt Kuelestoffmaterial als Kathode a konvertéiert et a Grafit mat héijer Kristallinitéit duerch kathodesch Polariséierung.Am Moment ernimmt existéierend Literatur d'Entfernung vu Sauerstoff a laang-Distanz Ëmännerung vu Kuelestoffatome am potenziellen Ëmbauprozess vun der kathodescher Polariséierung.
D'Präsenz vu Sauerstoff a Kuelestoffmaterialien wäert d'Grafitiséierung zu engem gewësse Mooss behënneren.Am traditionelle Grafitiséierungsprozess gëtt Sauerstoff lues a lues geläscht wann d'Temperatur méi héich ass wéi 1600K.Wéi och ëmmer, et ass extrem bequem duerch kathodesch Polariséierung ze deoxidéieren.
Peng, etc an den Experimenter fir d'éischte Kéier de geschmollte Salzelektrolyse kathodesche Polariséierungspotenzialmechanismus virgestallt, nämlech d'Graphitiséierung déi meeschte Plaz fir unzefänken ass an zolidd Kuelestoffmikrosphären / Elektrolyt-Interface ze lokaliséieren, éischt Kuelestoffmikrosphär formt ronderëm e grondleeënd selwechten Duerchmiesser GRAPHITSCHELL, an dann ni stabil waasserfräi Kuelestoff Kuelestoffatome verbreet sech op méi stabile baussenzege Grafitflake bis komplett grafitiséiert,
De Graphitiséierungsprozess gëtt begleet vun der Entfernung vu Sauerstoff, wat och duerch Experimenter bestätegt gëtt.
Jin et al.och duerch Experimenter dëse Standpunkt bewisen.No der Carboniséierung vu Glukos gouf d'Grafitiséierung (17% Sauerstoffgehalt) duerchgefouert.No der graphitization, déi ursprénglech fest Kuelestoff Kugelen (Fig. 1a an 1c) geformt eng porös Réibau aus GRAPHITE Nanosheets (Fig. 1b an 1d).
Duerch Elektrolyse vu Kuelestofffaser (16% Sauerstoff) kënnen d'Kuelestofffaser no der Grafitiséierung a Grafitröhre ëmgewandelt ginn no dem Konversiounsmechanismus, deen an der Literatur spekuléiert gëtt.
Gegleeft datt, déi laang Distanzbewegung ënner kathodescher Polariséierung vu Kuelestoffatome ass, déi héichkristalleg Grafit bis amorph Kuelestoff ëmarrangéieren muss veraarbecht ginn, synthetesch GRAPHITE eenzegaarteg Bléieblieder Form Nanostrukture profitéiert vu Sauerstoffatomer aus, awer déi spezifesch wéi d'Graphit Nanometer Struktur beaflosst ass net kloer, wéi Sauerstoff aus Kuelestoff Skelett no wéi bei der Kathode Reaktioun, etc.,
Am Moment ass d'Fuerschung iwwer de Mechanismus nach an der éischter Etapp, a weider Fuerschung ass néideg.
1.3 Morphologesch Charakteriséierung vu syntheteschen Grafit
SEM gëtt benotzt fir d'mikroskopesch Uewerflächemorphologie vu Grafit ze beobachten, TEM gëtt benotzt fir d'strukturell Morphologie vu manner wéi 0,2 μm ze beobachten, XRD a Raman Spektroskopie sinn déi meescht benotzt Mëttel fir d'Mikrostruktur vu Grafit ze charakteriséieren, XRD gëtt benotzt fir de Kristall ze charakteriséieren Informatioun vu Grafit, a Raman Spektroskopie gëtt benotzt fir d'Mängel an d'Uerdnungsgrad vu Grafit ze charakteriséieren.
Et gi vill Poren am Grafit virbereet duerch Kathodepolariséierung vu geschmollte Salzelektrolyse.Fir verschidde Rohmaterialien, wéi Kueleschwarz Elektrolyse, gi petalähnlech porös Nanostrukture kritt.XRD a Raman Spektrum Analyse ginn op der Kuelestoff no der Elektrolyse duerchgefouert.
Bei 827 ℃, nodeems se mat 2,6V Spannung fir 1h behandelt ginn, ass d'Raman Spektralbild vu Kueleschwarz bal d'selwecht wéi dee vu kommerziellen Grafit.Nodeems de Kueleschwarz mat ënnerschiddlechen Temperaturen behandelt gëtt, gëtt de schaarfe grafitcharakteristesche Peak (002) gemooss.Den Diffraktiounspeak (002) representéiert de Grad vun der Orientéierung vun der aromatescher Kuelestoffschicht am Grafit.
Wat méi schaarf d'Kuelestoffschicht ass, dest méi orientéiert ass et.
Zhu benotzt de gereinegt schwaach Kuel als Kathode am Experiment, an d'Mikrostruktur vum grafitiséierte Produkt gouf vu granuläre bis grousser Grafitstruktur transforméiert, an déi enk Grafitschicht gouf och ënner dem héijen Taux Transmissioun Elektronenmikroskop observéiert.
Am Raman Spektre, mat der Ännerung vun experimentellen Bedéngungen, huet den ID / Ig Wäert och geännert.Wann d'elektrolytesch Temperatur 950 ℃ war, war d'elektrolytesch Zäit 6h, an d'elektrolytesch Spannung war 2.6V, den niddregsten ID / Ig Wäert war 0.3, an den D Peak war vill méi niddereg wéi de G Peak.Zur selwechter Zäit representéiert d'Erscheinung vum 2D Peak och d'Bildung vun héich bestallt Grafitstruktur.
De scharfen (002) Diffraktiounspeak am XRD Bild bestätegt och déi erfollegräich Konversioun vu schlechter Kuel a Grafit mat héijer Kristallinitéit.
Am Graphitiséierungsprozess wäert d'Erhéijung vun Temperatur a Spannung eng förderend Roll spillen, awer ze héich Spannung wäert d'Ausbezuele vu Graphit reduzéieren, an ze héich Temperatur oder ze laang Graphitiséierungszäit féiert zum Offall vu Ressourcen, also fir verschidde Kuelestoffmaterialien , ass et besonnesch wichteg déi gëeegent elektrolytesch Konditiounen ze entdecken, ass och de Fokus an d'Schwieregkeet.
Dës petal-ähnlech Flake Nanostruktur huet exzellent elektrochemesch Eegeschaften.Eng grouss Zuel vu Poren erlaaben Ionen séier agefouert/deembedded, qualitativ héichwäerteg Kathodematerial fir Batterien, etc.. Dofir ass d'elektrochemesch Methode Graphitiséierung eng ganz potenziell Graphitiséierungsmethod.
Schmolzen Salz Elektrodeposition Method
2.1 Elektrodepositioun vu Kuelendioxid
Als wichtegst Treibhausgas ass CO2 och eng net gëfteg, harmlos, bëlleg a liicht verfügbar erneierbar Ressource.Wéi och ëmmer, Kuelestoff am CO2 ass am héchsten Oxidatiounszoustand, sou datt CO2 eng héich thermodynamesch Stabilitéit huet, wat et schwéier mécht ze benotzen.
Déi fréizäiteg Fuerschung iwwer CO2 Elektrodeposition kann zréck an d'1960er Jore verfollegt ginn.Ingram et al.erfollegräich preparéiert Kuelestoff op Gold Elektroden am geschmoltenem Salz System vun Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.huet drop higewisen datt d'Kuelepudder, déi bei verschiddene Reduktiounspotentialer kritt goufen, verschidde Strukturen haten, dorënner Grafit, amorph Kuelestoff a Kuelestoff Nanofaser.
Duerch geschmollte Salz fir CO2 a Virbereedungsmethod vum Kuelestoffmaterial Erfolleg ze erfassen, no enger laanger Period vu Fuerschungswëssenschaftler hu sech op Kuelestoffdepositiounsbildungsmechanismus an den Effekt vun Elektrolysebedéngungen op d'Finale Produkt konzentréiert, déi elektrolytesch Temperatur, elektrolytesch Spannung an d'Zesummesetzung vun geschmollte Salz an Elektroden, etc., d'Virbereedung vun héich Leeschtung vun GRAPHITE Materialien fir electrodeposition vun CO2 huet eng zolidd Fundament geluecht.
Andeems Dir den Elektrolyt z'änneren an d'CaCl2-baséiert geschmollte Salzsystem mat méi héijer CO2 Capture Effizienz benotzt, Hu et al.erfollegräich virbereet graphene mat héijer graphitization Grad a Kuelestoff Nanotubes an aner Nanographite Strukturen vun studéiert elektrolytic Konditiounen wéi electrolysis Temperatur, Elektroden Zesummesetzung a geschmoltenem Salz Zesummesetzung.
Am Verglach mam Karbonatsystem huet CaCl2 d'Virdeeler vu bëlleg an einfach ze kréien, héich Konduktivitéit, einfach am Waasser opléisen, a méi héijer Solubilitéit vu Sauerstoffionen, déi theoretesch Konditioune fir d'Konversioun vu CO2 a Graphitprodukter mat héije Pluswäert ubidden.
2.2 Transformatiounsmechanismus
D'Virbereedung vun héichwäertege Kuelestoffmaterialien duerch Elektrodepositioun vu CO2 aus geschmoltenem Salz enthält haaptsächlech CO2-Fang an indirekt Reduktioun.D'Erfaassung vum CO2 gëtt duerch fräi O2- a geschmollte Salz ofgeschloss, wéi an der Equatioun (1) gewisen:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Am Moment sinn dräi indirekte Reduktiounsreaktiounsmechanismen proposéiert ginn: Ee-Schrëtt Reaktioun, Zwee-Schrëtt Reaktioun an Metal Reduktioun Reaktioun Mechanismus.
Den Een-Schrëtt Reaktiounsmechanismus gouf fir d'éischt vum Ingram proposéiert, wéi an der Equatioun (2) gewisen:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Den Zwee-Schrëtt Reaktiounsmechanismus gouf vum Borucka et al., wéi an der Equatioun (3-4) gewisen:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
De Mechanismus vun der Metallreduktiounsreaktioun gouf vum Deanhardt et al.Si hunn gegleeft datt Metallionen als éischt op Metall an der Kathode reduzéiert goufen, an duerno gouf d'Metall op Karbonationen reduzéiert, wéi an der Equatioun (5 ~ 6) gewisen:
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Am Moment ass den Een-Schrëtt Reaktiounsmechanismus allgemeng an der existéierender Literatur akzeptéiert.
Yin et al.de Li-Na-K Karbonatsystem mat Nickel als Kathode, Zinndioxid als Anode a Sëlwerdrot als Referenzelektrode studéiert, an déi zyklesch Voltammetrie-Testfigur an der Figur 2 (Scannerrate vun 100 mV/s) bei der Nickel-Kathode kritt, a fonnt. datt et nëmmen eng Reduktiounspeak (bei -2,0V) am negativen Scannen war.
Dofir kann et ofgeschloss ginn datt nëmmen eng Reaktioun während der Reduktioun vu Karbonat geschitt ass.
Gao et al.déi selwecht zyklesch Voltammetrie am selwechte Karbonatsystem kritt.
Geet et al.benotzt inert Anode a Wolfram Kathode fir CO2 am LiCl-Li2CO3 System z'erfaassen an ähnlech Biller ze kréien, an nëmmen e Reduktiounspeak vu Kuelestoffdepositioun erschéngt am negativen Scannen.
Am alkalesche Metal geschmollte Salzsystem ginn Alkalimetaller a CO generéiert wärend Kuelestoff vun der Kathode deposéiert gëtt.Wéi och ëmmer, well déi thermodynamesch Bedéngungen vun der Kuelestoffdepositiounsreaktioun méi niddereg bei enger méi niddereger Temperatur sinn, kann nëmmen d'Reduktioun vu Karbonat op Kuelestoff am Experiment festgestallt ginn.
2.3 CO2 Erfaassung duerch geschmollte Salz fir Graphitprodukter ze preparéieren
Héichwäerteg Graphit Nanomaterialien wéi Graphen a Kuelestoff Nanotubes kënnen duerch Elektrodepositioun vu CO2 aus geschmoltenem Salz virbereet ginn andeems experimentell Bedéngungen kontrolléiert ginn.Hu et al.benotzt Edelstahl als Kathode am CaCl2-NaCl-CaO geschmollte Salzsystem an elektrolyséiert fir 4h ënner der Bedingung vun 2,6V konstanter Spannung bei verschiddenen Temperaturen.
Dank der Katalyse vum Eisen an dem explosive Effekt vum CO tëscht Grafitschichten gouf Graphen op der Uewerfläch vun der Kathode fonnt.De Virbereedungsprozess vu Graphen gëtt an der Fig.
D'Bild
Spéider Studien dobäi Li2SO4 op der Basis vun CaCl2-NaClCaO geschmollte Salz System, electrolysis Temperatur war 625 ℃, no 4h vun electrolysis, an der selwechter Zäit an der cathodic Oflagerung vun Kuelestoff fonnt graphene a Kuelestoff Nanotubes, der Etude fonnt dass Li + an SO4 2 - e positiven Effekt op d'Grafitiséierung ze bréngen.
Schwefel ass och erfollegräich an de Kuelestoffkierper integréiert, an ultra-dënn Grafitplacke a filamentöse Kuelestoff kënnen duerch d'Kontroll vun den elektrolytesche Bedéngungen kritt ginn.
Material wéi elektrolytesch Temperatur vun héich an niddreg fir d'Bildung vu Graphen ass kritesch, wann d'Temperatur méi héich wéi 800 ℃ méi einfach ass CO amplaz vu Kuelestoff ze generéieren, bal keng Kuelestoffdepositioun wann méi héich wéi 950 ℃, sou datt d'Temperaturkontroll extrem wichteg ass graphene a Kuelestoff Nanotubes ze produzéieren, a restauréiert de Besoin Kuelestoff Oflagerung Reaktioun CO Reaktioun Synergie ze garantéieren, datt d'Kathode stabil graphene ze generéieren.
Dës Wierker bidden eng nei Method fir d'Virbereedung vun Nano-Graphit-Produkter duerch CO2, wat vu grousser Bedeitung ass fir d'Léisung vun Treibhausgasen an d'Virbereedung vu Graphen.
3. Resumé an Ausbléck
Mat der rapid Entwécklung vun der neier Energie Industrie, natierlech GRAPHITE konnt net déi aktuell Nofro ze treffen, a kënschtlech GRAPHITE huet besser kierperlech a chemesch Eegeschafte wéi natierlech GRAPHITE, sou bëlleg, efficace an ëmweltfrëndlech graphitization ass eng laangfristeg Zil.
Elektrochemesch Methoden Graphitiséierung a festen a gasfërmege Matière première mat der Method vun der kathodescher Polariséierung an der elektrochemescher Oflagerung war erfollegräich aus dem GRAPHITE Material mat héije Pluswäert, am Verglach mat der traditioneller Manéier vun der Grafitiséierung, d'elektrochemesch Method ass méi héich Effizienz, manner Energieverbrauch, gréngen Ëmweltschutz, fir kleng limitéiert duerch selektiv Materialien zur selwechter Zäit, no de verschiddenen Elektrolysebedéngungen kënnen op verschiddene Morphologie vun der Grafitstruktur virbereet ginn,
Et bitt en effektive Wee fir all Zorte vun amorfe Kuelestoff an Treibhausgase fir wäertvoll Nano-strukturéiert Grafitmaterialien ëmzewandelen an huet e gudden Uwendungsperspektiv.
Am Moment ass dës Technologie a senger Kandheet.Et gi wéineg Studien iwwer graphitization vun elektrochemical Method, an et sinn nach vill unknowable Prozesser.Dofir ass et néideg vu Matière première ze starten an eng ëmfaassend a systematesch Etude iwwer verschidde amorph Kuelestoff ze maachen, a gläichzäiteg d'Thermodynamik an d'Dynamik vun der GRAPHITE Konversioun op engem méi déif Niveau ze entdecken.
Dës hunn wäit-Erréchen Bedeitung fir d'Zukunft Entwécklung vun GRAPHITE Industrie.
Post Zäit: Mee-10-2021