Lẹẹdi ti pin si atọwọda atọwọda ati graphite adayeba, awọn ifiṣura ti a fihan ti graphite adayeba ni bii 2 bilionu toonu.
Lẹẹdi atọwọda ti gba nipasẹ jijẹ ati itọju ooru ti awọn ohun elo ti o ni erogba labẹ titẹ deede. Iyipada yii nilo iwọn otutu ti o ga ati agbara bi agbara awakọ, ati pe eto ti o ni rudurudu yoo yipada si ọna apẹrẹ garadi ti o paṣẹ.
Iyaworan jẹ ni ori ti o gbooro julọ ti ohun elo carbonaceous nipasẹ loke 2000 ℃ itọju otutu otutu otutu ti awọn ọta erogba atunto, sibẹsibẹ diẹ ninu awọn ohun elo erogba ni iwọn otutu giga ju 3000 ℃ graphitization, iru awọn ohun elo erogba ni a mọ ni “edu lile”, fun irọrun graphitized awọn ohun elo erogba, ọna kika iwọn otutu ti aṣa ati ọna iwọn otutu ti o ga julọ. ọna ifisilẹ oru, ati bẹbẹ lọ.
Iyaworan jẹ ọna ti o munadoko ti iṣamulo iye ti o ga julọ ti awọn ohun elo carbonaceous. Lẹhin iwadi ti o jinlẹ ati ti o jinlẹ nipasẹ awọn ọjọgbọn, o ti dagba ni ipilẹ ni bayi. Bibẹẹkọ, diẹ ninu awọn ifosiwewe aifẹ ṣe idinwo ohun elo ti graphitization ibile ni ile-iṣẹ, nitorinaa o jẹ aṣa ti ko ṣeeṣe lati ṣawari awọn ọna ijuwe tuntun.
Didà iyo electrolysis ọna niwon awọn 19th orundun je diẹ ẹ sii ju orundun kan ti idagbasoke, awọn oniwe-ipilẹ yii ati titun awọn ọna ti wa ni nigbagbogbo ĭdàsĭlẹ ati idagbasoke, bayi ti wa ni ko si ohun to ni opin si awọn ibile Metallurgical ile ise, ni ibẹrẹ ti awọn 21st orundun, awọn irin ni didà iyọ eto ri to oxide electrolytic idinku igbaradi ti elemental awọn irin ti di awọn idojukọ ninu awọn diẹ lọwọ,
Laipẹ, ọna tuntun fun ṣiṣe awọn ohun elo graphite nipasẹ eletiriki iyọ didà ti fa akiyesi pupọ.
Nipa ọna polarization cathodic ati elekitirodeposition, awọn ọna oriṣiriṣi meji ti awọn ohun elo aise erogba ti yipada si awọn ohun elo nano-graphite pẹlu iye ti a ṣafikun giga. Ti a ṣe afiwe pẹlu imọ-ẹrọ graphitization ibile, ọna graphitization tuntun ni awọn anfani ti iwọn otutu graphitization kekere ati imọ-jinlẹ iṣakoso.
Iwe yii ṣe atunyẹwo ilọsiwaju ti graphitization nipasẹ ọna elekitiroki, ṣafihan imọ-ẹrọ tuntun yii, ṣe itupalẹ awọn anfani ati awọn alailanfani rẹ, ati awọn ireti aṣa idagbasoke iwaju rẹ.
Ni akọkọ, iyọ didà electrolytic cathode polarization ọna
1.1 ohun elo aise
Lọwọlọwọ, ohun elo aise akọkọ ti graphite atọwọda jẹ coke abẹrẹ ati coke ipolowo ti alefa graphitization giga, eyun nipasẹ iyoku epo ati tar bi ohun elo aise lati ṣe agbejade awọn ohun elo erogba ti o ni agbara giga, pẹlu porosity kekere, imi-ọjọ kekere, akoonu eeru kekere ati awọn anfani ti graphitization, lẹhin igbaradi rẹ sinu graphite ni resistance to dara si ikolu, agbara ẹrọ giga, resistance kekere,
Bibẹẹkọ, awọn ifiṣura epo lopin ati awọn idiyele epo ti n ṣe idiwọ idagbasoke rẹ, nitorinaa wiwa awọn ohun elo aise tuntun ti di iṣoro iyara lati yanju.
Awọn ọna ijuwe ti aṣa ni awọn idiwọn, ati awọn ọna iyaworan oriṣiriṣi lo oriṣiriṣi awọn ohun elo aise. Fun erogba ti kii ṣe graphitized, awọn ọna ibile ko le ṣe graphitize rẹ, lakoko ti agbekalẹ elekitirokemika ti elekitirosi iyọ didà ti fọ nipasẹ aropin ti awọn ohun elo aise, ati pe o dara fun gbogbo awọn ohun elo erogba ibile.
Awọn ohun elo erogba ti aṣa pẹlu dudu erogba, erogba ti a mu ṣiṣẹ, edu, ati bẹbẹ lọ, laarin eyiti edu jẹ ọkan ti o ni ileri julọ. Inki ti o da lori eedu gba eedu bi iṣaju ati pe o ti pese sile sinu awọn ọja graphite ni iwọn otutu giga lẹhin itọju iṣaaju.
Laipẹ, iwe yii ṣeduro awọn ọna elekitirokemika tuntun, gẹgẹ bi Peng, nipasẹ didà iyọ electrolysis jẹ išẹlẹ ti lati graphitized erogba dudu sinu ga crystallinity ti lẹẹdi, awọn electrolysis ti lẹẹdi awọn ayẹwo ti o ni awọn petal apẹrẹ lẹẹdi nanometer awọn eerun igi, ni o ni ga pato dada agbegbe, nigba ti lo fun litiumu batiri cathode fihan o tayọ elekitiriki išẹ diẹ sii ju adayeba graphite iṣẹ.
Zhu et al. fi awọn deashing mu kekere-didara edu sinu CaCl2 didà iyọ eto fun electrolysis ni 950 ℃, ati ni ifijišẹ yipada awọn kekere-didara edu sinu graphite pẹlu ga crystallinity, eyi ti fihan ti o dara oṣuwọn išẹ ati ki o gun ọmọ aye nigba ti lo bi anode ti litiumu ion batiri.
Idanwo naa fihan pe o ṣee ṣe lati ṣe iyipada awọn oriṣiriṣi oriṣiriṣi awọn ohun elo erogba ibile sinu graphite nipasẹ ọna itanna iyọ didà, eyiti o ṣii ọna tuntun fun graphite sintetiki ọjọ iwaju.
1.2 siseto ti
Didà iyo electrolysis ọna nlo erogba ohun elo bi cathode ati awọn ti o sinu lẹẹdi pẹlu ga crystallinity nipasẹ ọna ti cathodic polarization. Ni lọwọlọwọ, awọn iwe ti o wa tẹlẹ n mẹnuba yiyọkuro ti atẹgun ati isọdọtun ijinna pipẹ ti awọn ọta erogba ni ilana iyipada ti o pọju ti polarization cathodic.
Iwaju atẹgun ninu awọn ohun elo erogba yoo ṣe idiwọ graphitization si iye diẹ. Ninu ilana iyapa ibile, atẹgun yoo yọkuro laiyara nigbati iwọn otutu ba ga ju 1600K. Sibẹsibẹ, o rọrun pupọ lati deoxidize nipasẹ polarization cathodic.
Peng, ati be be lo ninu awọn adanwo fun igba akọkọ fi siwaju awọn didà iyọ electrolysis cathodic polarization o pọju siseto, eyun awọn graphitization julọ ni ibi lati bẹrẹ ni lati wa ni be ni ri to erogba microspheres / elekitiroti ni wiwo, akọkọ erogba microsphere fọọmu ni ayika kan ipilẹ kanna iwọn ila opin lẹẹdi ikarahun, ati ki o si ko idurosinsin anhydrous erogba erogba awọn ọta tan si diẹ idurosinsin lode, titi ti lẹẹdi flagraphite.
Ilana graphitization wa pẹlu yiyọkuro ti atẹgun, eyiti o tun jẹrisi nipasẹ awọn adanwo.
Jin et al. tun safihan aaye yi ti wo nipasẹ adanwo. Lẹhin carbonization ti glukosi, graphitization (akoonu atẹgun 17%) ti ṣe. Lẹhin ti graphitization, awọn atilẹba ri to erogba agbegbe (Fig. 1a ati 1c) akoso kan la kọja ikarahun kq lẹẹdi nanosheets (Fig. 1b ati 1d).
Nipa elekitirosi ti awọn okun erogba (16% atẹgun), awọn okun erogba le yipada si awọn tubes graphite lẹhin graphitization ni ibamu si ẹrọ iyipada ti a sọ asọye ninu awọn iwe
gbagbọ pe, awọn gun ijinna ronu jẹ labẹ cathodic polarization ti erogba awọn ọta awọn gaa gara gara si amorphous erogba satunto gbọdọ ilana, sintetiki lẹẹdi oto petals apẹrẹ nanostructures anfani lati atẹgun awọn ọta lati, ṣugbọn awọn pato bi o lati ni agba lẹẹdi nanometer be ni ko ko o, gẹgẹ bi awọn atẹgun lati erogba egungun lẹhin bawo ni catho.
Lọwọlọwọ, iwadi lori ẹrọ naa tun wa ni ipele ibẹrẹ, ati pe a nilo iwadi siwaju sii.
1.3 Morphological karakitariasesonu ti sintetiki lẹẹdi
A lo SEM lati ṣe akiyesi mofoloji dada airi ti graphite, TEM ni a lo lati ṣe akiyesi morphology igbekale ti o kere ju 0.2 μm, XRD ati Raman spectroscopy jẹ awọn ọna ti o wọpọ julọ ti a lo lati ṣe afihan microstructure ti graphite, XRD ni a lo lati ṣe afihan alaye gara ti graphite, ati pe Raman paṣẹ iwọn spectroscopy jẹ apẹrẹ.
Ọpọlọpọ awọn pores wa ninu graphite ti a pese sile nipasẹ cathode polarization ti didà iyọ electrolysis. Fun oriṣiriṣi awọn ohun elo aise, gẹgẹbi erogba dudu elekitirosi, petal-like porous nanostructures ti wa ni gba. XRD ati Raman spectrum onínọmbà ti wa ni ti gbe jade lori erogba dudu lẹhin electrolysis.
Ni 827 ℃, lẹhin itọju pẹlu foliteji 2.6V fun 1h, aworan iwoye Raman ti dudu erogba jẹ ohun kanna bi ti lẹẹdi iṣowo. Lẹhin ti dudu erogba ti wa ni itọju pẹlu orisirisi awọn iwọn otutu, didasilẹ graphite ti iwa tente oke (002) ti wa ni won. Diffraction tente oke (002) duro iwọn iṣalaye ti Layer erogba ti oorun didun ni lẹẹdi.
Awọn didasilẹ awọn erogba Layer jẹ, awọn diẹ Oorun ti o jẹ.
Zhu lo awọn wẹ eni ti edu bi awọn cathode ninu awọn ṣàdánwò, ati awọn microstructure ti awọn graphitized ọja ti a yipada lati granular to tobi lẹẹdi be, ati awọn ju lẹẹdi Layer ti a tun woye labẹ awọn ga oṣuwọn gbigbe elekitironi maikirosikopu.
Ni Raman spectra, pẹlu iyipada ti awọn ipo idanwo, iye ID/Ig tun yipada. Nigbati iwọn otutu eletiriki jẹ 950 ℃, akoko elekitiroli jẹ 6h, ati foliteji elekitiroti jẹ 2.6V, iye ID/Ig ti o kere julọ jẹ 0.3, ati pe tente D jẹ kekere ju G tente oke lọ. Ni akoko kanna, hihan ti 2D tente oke tun ṣe aṣoju dida ti ilana graphite ti o paṣẹ pupọ.
Diffraction tente didasilẹ (002) ni aworan XRD tun jẹrisi iyipada aṣeyọri ti eedu ti o kere si lẹẹdi pẹlu crystallinity giga.
Ninu ilana graphitization, ilosoke ti iwọn otutu ati foliteji yoo ṣe ipa igbega, ṣugbọn foliteji ti o ga julọ yoo dinku ikore ti lẹẹdi, ati iwọn otutu ti o ga julọ tabi akoko graphitization gigun pupọ yoo ja si egbin ti awọn orisun, nitorinaa fun oriṣiriṣi awọn ohun elo erogba, o ṣe pataki ni pataki lati ṣawari awọn ipo elekitiroti ti o yẹ julọ, tun jẹ idojukọ ati iṣoro.
Nanostructure flake bii petal yii ni awọn ohun-ini elekitirokemika to dara julọ. Nọmba nla ti awọn pores gba awọn ions lati wa ni kiakia ti a fi sii / ifarabalẹ, pese awọn ohun elo cathode ti o ga julọ fun awọn batiri, bbl Nitorina, ọna itanna elekitiriki jẹ ọna ti o pọju pupọ.
Didà iyo electrodeposition ọna
2.1 Electrodeposition ti erogba oloro
Gẹgẹbi gaasi eefin ti o ṣe pataki julọ, CO2 tun jẹ majele ti, laiseniyan, olowo poku ati awọn orisun isọdọtun wa ni irọrun. Sibẹsibẹ, erogba ni CO2 wa ni ipo ifoyina ti o ga julọ, nitorina CO2 ni iduroṣinṣin thermodynamic giga, eyiti o jẹ ki o ṣoro lati tun lo.
Iwadi akọkọ lori CO2 electrodeposition le jẹ itopase pada si awọn ọdun 1960. Ingram et al. ni aṣeyọri ti pese erogba sori elekiturodu goolu ninu eto iyọ didà ti Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al. tọka si pe awọn erupẹ erogba ti a gba ni awọn agbara idinku oriṣiriṣi ni awọn ẹya oriṣiriṣi, pẹlu graphite, erogba amorphous ati awọn nanofibers erogba.
Nipa iyọ didà lati gba CO2 ati ọna igbaradi ti aṣeyọri ohun elo erogba, lẹhin igba pipẹ ti awọn onimọwadi iwadii ti dojukọ lori ẹrọ idasile erogba ati ipa ti awọn ipo eletiriki lori ọja ikẹhin, eyiti o pẹlu iwọn otutu elekitiroli, foliteji elekitiroti ati akopọ ti iyọ didà ati awọn amọna, ati bẹbẹ lọ, igbaradi ti iṣẹ giga ti awọn ohun elo graphite fun electrodeposition ti CO2 ti fi ipilẹ to lagbara.
Nipa yiyipada elekitiroti ati lilo eto iyọ didà orisun CaCl2 pẹlu ṣiṣe imudara CO2 giga, Hu et al. graphene ti pese ni ifijišẹ pẹlu alefa graphitization ti o ga ati awọn nanotubes erogba ati awọn ẹya nanographite miiran nipa kikọ ẹkọ awọn ipo elekitiroli gẹgẹbi iwọn otutu elekitiroli, akopọ elekiturodu ati akopọ iyọ didà.
Ti a ṣe afiwe pẹlu eto kaboneti, CaCl2 ni awọn anfani ti olowo poku ati irọrun lati gba, adaṣe giga, rọrun lati tu ninu omi, ati solubility ti o ga julọ ti awọn ions atẹgun, eyiti o pese awọn ipo imọ-jinlẹ fun iyipada ti CO2 sinu awọn ọja graphite pẹlu iye ti a ṣafikun giga.
2.2 Iyipada Mechanism
Igbaradi ti awọn ohun elo erogba ti a ṣafikun iye giga nipasẹ eletiriki ti CO2 lati iyọ didà ni akọkọ pẹlu gbigba CO2 ati idinku aiṣe-taara. Gbigba CO2 ti pari nipasẹ O2-ọfẹ ninu iyọ didà, bi o ṣe han ni Idogba (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Ni lọwọlọwọ, awọn ọna iṣe idinku aiṣe-taara mẹta ni a ti dabaa: iṣesi-igbesẹ kan, iṣesi-igbesẹ meji ati ẹrọ idinku irin.
Ilana idahun-igbesẹ kan ni akọkọ dabaa nipasẹ Ingram, bi o ṣe han ni Idogba (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ilana idahun-igbesẹ meji ni a dabaa nipasẹ Borucka et al., bi a ṣe han ni Idogba (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ilana ti iṣesi idinku irin ni a dabaa nipasẹ Deanhardt et al. Wọn gbagbọ pe awọn ions irin ni akọkọ dinku si irin ni cathode, lẹhinna a ti dinku irin si awọn ions carbonate, gẹgẹbi a ṣe han ni Idogba (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Ni lọwọlọwọ, ilana ifaseyin-igbesẹ kan jẹ itẹwọgba gbogbogbo ninu awọn iwe ti o wa tẹlẹ.
Yin et al. iwadi awọn Li-Na-K kaboneti eto pẹlu nickel bi cathode, tin oloro bi anode ati fadaka waya bi itọkasi elekiturodu, ati ki o gba awọn cyclic voltammetry olusin ni Figure 2 (wíwo oṣuwọn ti 100 mV/s) ni nickel cathode, ati ki o ri wipe o wa ni nikan kan idinku tente (ni -2.0V) ni odi Antivirus.
Nitorinaa, a le pinnu pe iṣesi kan nikan waye lakoko idinku ti kaboneti.
Gao et al. gba voltammetry cyclic kanna ni eto kaboneti kanna.
Ge et al. ti a lo inert anode ati tungsten cathode lati mu CO2 ninu eto LiCl-Li2CO3 ati gba awọn aworan ti o jọra, ati pe idinku idinku ti idasile erogba nikan han ni ọlọjẹ odi.
Ninu eto iyo didà irin alkali, awọn irin alkali ati CO yoo jẹ ipilẹṣẹ lakoko ti a ti gbe erogba silẹ nipasẹ cathode. Bibẹẹkọ, nitori awọn ipo iwọn otutu ti ifasilẹ ifisilẹ erogba dinku ni iwọn otutu kekere, idinku ti kaboneti si erogba nikan ni a le rii ninu idanwo naa.
2.3 CO2 Yaworan nipasẹ iyọ didà lati mura awọn ọja lẹẹdi
Awọn nanomaterials graphite ti o ni iye-giga gẹgẹbi graphene ati awọn nanotubes erogba ni a le pese nipasẹ elekitirodeposition ti CO2 lati iyọ didà nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo idanwo. Hu et al. ti a lo irin alagbara, irin bi cathode ninu eto iyọ didà CaCl2-NaCl-CaO ati elekitiriki fun 4h labẹ ipo ti foliteji igbagbogbo 2.6V ni awọn iwọn otutu oriṣiriṣi.
O ṣeun si awọn catalysis ti irin ati awọn ibẹjadi ipa ti CO laarin graphite fẹlẹfẹlẹ, graphene a ri lori dada ti cathode. Ilana igbaradi ti graphene ti han ni aworan 3.
Aworan naa
Awọn ijinlẹ nigbamii ṣafikun Li2SO4 lori ipilẹ eto iyọ didà CaCl2-NaClCaO, iwọn otutu electrolysis jẹ 625 ℃, lẹhin 4h ti electrolysis, ni akoko kanna ni idasile cathodic ti carbon ri graphene ati carbon nanotubes, iwadi naa rii pe Li + ati SO4 2- lati mu ipa rere wa lori graphitization.
Sulfur tun ni aṣeyọri ni aṣeyọri sinu ara erogba, ati awọn iwe lẹẹdi tinrin olekenka ati erogba filamentous le ṣee gba nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo elekitiroli.
Ohun elo gẹgẹbi iwọn otutu elekitiroti ti giga ati kekere fun dida graphene jẹ pataki, nigbati iwọn otutu ti o ga ju 800 ℃ rọrun lati ṣe ina CO dipo erogba, o fẹrẹ jẹ pe ko si idasile erogba nigbati o ga ju 950 ℃, nitorinaa iṣakoso iwọn otutu jẹ pataki pupọ lati ṣe agbejade graphene ati carbon nanotubes, ati mu pada iwulo ifasilẹ erogba CO synerhode synerhode lati rii daju pe o nilo ifasilẹ erogba CO ti synerhode.
Awọn iṣẹ wọnyi pese ọna tuntun fun igbaradi ti awọn ọja nano-graphite nipasẹ CO2, eyiti o jẹ pataki pupọ fun ojutu ti awọn eefin eefin ati igbaradi ti graphene.
3. Lakotan ati Outlook
Pẹlu idagbasoke iyara ti ile-iṣẹ agbara tuntun, lẹẹdi adayeba ko ni anfani lati pade ibeere lọwọlọwọ, ati lẹẹdi atọwọda ni awọn ohun-ini ti ara ati kemikali ti o dara julọ ju lẹẹdi adayeba lọ, nitorinaa olowo poku, daradara ati graphitization ore ayika jẹ ibi-afẹde igba pipẹ.
Awọn ọna graphitization awọn ọna elekitirokemika ni awọn ohun elo aise ti o lagbara ati gaseous pẹlu ọna ti polarization cathodic ati ifisilẹ elekitirokemi ni aṣeyọri jade ninu awọn ohun elo graphite pẹlu iye ti a ṣafikun giga, ni akawe pẹlu ọna ibile ti graphitization, ọna elekitiriki jẹ ṣiṣe ti o ga julọ, agbara kekere agbara, aabo ayika alawọ, fun kekere ni opin nipasẹ awọn ohun elo yiyan ni akoko kanna, ni ibamu si awọn oriṣiriṣi awọn ipo elekitiroti le jẹ ti pese sile ni awọn ipo elekitiroti oriṣiriṣi,
O pese ọna ti o munadoko fun gbogbo iru erogba amorphous ati awọn eefin eefin lati yipada si awọn ohun elo lẹẹdi eleto nano ti o niyelori ati pe o ni ireti ohun elo to dara.
Lọwọlọwọ, imọ-ẹrọ yii wa ni ibẹrẹ rẹ. Awọn ijinlẹ diẹ lo wa lori graphitization nipasẹ ọna elekitiroki, ati pe ọpọlọpọ awọn ilana ti a ko mọ tun wa. Nitorinaa, o jẹ dandan lati bẹrẹ lati awọn ohun elo aise ati ṣe ikẹkọ okeerẹ ati eto eto lori ọpọlọpọ awọn carbons amorphous, ati ni akoko kanna ṣawari awọn thermodynamics ati awọn agbara ti iyipada lẹẹdi ni ipele jinle.
Iwọnyi ni pataki ti o jinna fun idagbasoke iwaju ti ile-iṣẹ lẹẹdi.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Karun-10-2021