กราไฟท์แบ่งออกเป็นกราไฟท์เทียมและกราไฟท์ธรรมชาติ ซึ่งเป็นกราไฟท์ธรรมชาติที่ได้รับการพิสูจน์แล้วของโลกในปริมาณประมาณ 2 พันล้านตัน
กราไฟท์ประดิษฐ์ได้มาจากการสลายตัวและการบำบัดความร้อนของวัสดุที่มีคาร์บอนภายใต้ความดันปกติ การเปลี่ยนแปลงนี้ต้องใช้อุณหภูมิและพลังงานที่สูงพอที่จะเป็นแรงผลักดัน และโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบจะถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างผลึกกราไฟท์ที่ได้รับการจัดลำดับ
การทำกราฟิติเซชันถือเป็นความหมายที่กว้างที่สุดของวัสดุคาร์บอน โดยผ่านการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนที่ใช้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 ℃ อย่างไรก็ตาม วัสดุคาร์บอนบางชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 3,000 ℃ การทำกราฟิติเซชัน วัสดุคาร์บอนประเภทนี้เรียกว่า "ถ่านแข็ง" สำหรับ วัสดุคาร์บอนกราไฟท์อย่างง่าย วิธีการสร้างกราไฟท์แบบดั้งเดิม ได้แก่ วิธีอุณหภูมิสูงและความดันสูง การสร้างกราฟด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา วิธีการสะสมไอสารเคมี ฯลฯ
การทำกราไฟต์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการใช้มูลค่าเพิ่มสูงของวัสดุคาร์บอน หลังจากการวิจัยอย่างครอบคลุมและเจาะลึกโดยนักวิชาการ โดยพื้นฐานแล้วตอนนี้ก็มีความสมบูรณ์แล้ว อย่างไรก็ตาม ปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์บางประการจำกัดการประยุกต์ใช้การสร้างกราฟแบบดั้งเดิมในอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการสำรวจวิธีการสร้างกราฟแบบใหม่
วิธีการอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลวตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นมากกว่าศตวรรษของการพัฒนา ทฤษฎีพื้นฐานและวิธีการใหม่ ๆ นั้นเป็นนวัตกรรมและการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันไม่ได้จำกัดอยู่เพียงอุตสาหกรรมโลหะวิทยาแบบดั้งเดิมอีกต่อไป เมื่อต้นศตวรรษที่ 21 โลหะใน ระบบเกลือหลอมเหลวการเตรียมการลดอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์แข็งของโลหะธาตุได้กลายเป็นจุดเน้นในการใช้งานมากขึ้น
เมื่อเร็วๆ นี้ วิธีการใหม่ในการเตรียมวัสดุกราไฟท์โดยอิเล็กโทรลิซิสเกลือหลอมเหลวได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก
ด้วยวิธีการโพลาไรเซชันแบบแคโทดและการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้า วัตถุดิบคาร์บอนสองรูปแบบที่แตกต่างกันจะถูกแปลงเป็นวัสดุนาโนกราไฟท์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการสร้างกราฟแบบเดิม วิธีการสร้างกราฟแบบใหม่มีข้อดีคือ อุณหภูมิการสร้างกราฟที่ต่ำกว่าและสัณฐานวิทยาที่ควบคุมได้
บทความนี้จะทบทวนความคืบหน้าของการสร้างกราฟโดยวิธีเคมีไฟฟ้า แนะนำเทคโนโลยีใหม่นี้ วิเคราะห์ข้อดีและข้อเสีย และคาดการณ์แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต
ขั้นแรกให้วิธีการโพลาไรซ์แคโทดด้วยไฟฟ้าเกลือหลอมเหลว
1.1 วัตถุดิบ
ปัจจุบันวัตถุดิบหลักของกราไฟท์เทียมคือโค้กเข็มและโค้กพิทช์ที่มีระดับกราไฟท์สูง ได้แก่ โดยกากน้ำมันและน้ำมันถ่านหินเป็นวัตถุดิบในการผลิตวัสดุคาร์บอนคุณภาพสูง มีความพรุนต่ำ กำมะถันต่ำ เถ้าต่ำ เนื้อหาและข้อดีของการทำกราไฟท์ หลังจากเตรียมกราไฟท์แล้วจะมีความต้านทานต่อแรงกระแทกได้ดี มีความแข็งแรงเชิงกลสูง มีความต้านทานต่ำ
อย่างไรก็ตาม ปริมาณสำรองน้ำมันที่จำกัดและราคาน้ำมันที่ผันผวนได้จำกัดการพัฒนา ดังนั้นการแสวงหาวัตถุดิบใหม่จึงกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไข
วิธีการสร้างกราฟแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัด และวิธีการสร้างกราฟที่แตกต่างกันใช้วัตถุดิบต่างกัน สำหรับคาร์บอนที่ไม่ทำให้เกิดกราไฟท์ วิธีการแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำให้เกิดกราฟไฟได้ ในขณะที่สูตรเคมีไฟฟ้าของเกลือหลอมด้วยกระแสไฟฟ้าทะลุขีดจำกัดของวัตถุดิบ และเหมาะสำหรับวัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิมเกือบทั้งหมด
วัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิม ได้แก่ คาร์บอนแบล็ค ถ่านกัมมันต์ ถ่านหิน ฯลฯ ซึ่งถ่านหินเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุด หมึกที่ใช้ถ่านหินจะใช้ถ่านหินเป็นสารตั้งต้นและเตรียมเป็นผลิตภัณฑ์กราไฟท์ที่อุณหภูมิสูงหลังการบำบัดเบื้องต้น
เมื่อเร็ว ๆ นี้ บทความนี้เสนอวิธีการทางเคมีไฟฟ้าแบบใหม่ เช่น Peng โดยอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวไม่น่าจะทำให้คาร์บอนแบล็กกลายเป็นกราฟต์ที่มีสภาพผลึกสูงของกราไฟท์ กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของตัวอย่างกราไฟท์ที่มีชิปนาโนเมตรกราไฟท์รูปร่างกลีบ มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง เมื่อใช้กับแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมมีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมมากกว่ากราไฟท์ธรรมชาติ
จู้และคณะ ใส่ถ่านหินคุณภาพต่ำที่ผ่านการบำบัดแล้วลงในระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2 สำหรับอิเล็กโทรไลซิสที่ 950 ℃ และเปลี่ยนถ่านหินคุณภาพต่ำให้เป็นกราไฟท์ที่มีความเป็นผลึกสูงได้สำเร็จ ซึ่งแสดงประสิทธิภาพในอัตราที่ดีและอายุการใช้งานยาวนานเมื่อใช้เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน .
การทดลองแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะแปลงวัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิมประเภทต่างๆ ให้เป็นกราไฟต์โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว ซึ่งเปิดทางใหม่สำหรับกราไฟท์สังเคราะห์ในอนาคต
1.2 กลไกของ
วิธีการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวใช้วัสดุคาร์บอนเป็นแคโทด และแปลงให้เป็นกราไฟต์ที่มีความเป็นผลึกสูงโดยวิธีโพลาไรเซชันแบบแคโทด ในปัจจุบัน วรรณกรรมที่มีอยู่กล่าวถึงการกำจัดออกซิเจนและการจัดเรียงอะตอมคาร์บอนในระยะไกลในกระบวนการแปลงโพลาไรเซชันแบบแคโทดที่อาจเกิดขึ้น
การมีอยู่ของออกซิเจนในวัสดุคาร์บอนจะขัดขวางการสร้างกราฟได้ในระดับหนึ่ง ในกระบวนการสร้างกราฟแบบดั้งเดิม ออกซิเจนจะถูกกำจัดออกอย่างช้าๆ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1600K อย่างไรก็ตาม จะสะดวกอย่างยิ่งที่จะดีออกซิไดซ์ผ่านโพลาไรเซชันแบบแคโทด
Peng ฯลฯ ในการทดลองเป็นครั้งแรกที่หยิบยกกลไกศักยภาพของโพลาไรเซชันแบบแคโทดิกของเกลือหลอมละลาย กล่าวคือ การทำกราฟีตส่วนใหญ่จุดเริ่มต้นคือจะอยู่ในไมโครสเฟียร์คาร์บอนแข็ง/อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ ไมโครสเฟียร์คาร์บอนตัวแรกจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกันพื้นฐาน เปลือกกราไฟท์ จากนั้นอะตอมของคาร์บอนที่ไม่มีน้ำจะคงตัวจะแพร่กระจายไปยังเกล็ดกราไฟท์ด้านนอกที่มีความเสถียรมากขึ้น จนกระทั่งกลายเป็นกราฟไฟท์อย่างสมบูรณ์
กระบวนการสร้างกราฟฟิติเซชั่นจะมาพร้อมกับการกำจัดออกซิเจน ซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลองเช่นกัน
จิน และคณะ ยังพิสูจน์มุมมองนี้ผ่านการทดลองอีกด้วย หลังจากการทำให้กลูโคสเป็นคาร์บอน จะทำการสร้างกราฟิไนซ์ (ปริมาณออกซิเจน 17%) หลังจากการกราไฟต์ ทรงกลมคาร์บอนแข็งดั้งเดิม (รูปที่ 1a และ 1c) ก่อตัวเป็นเปลือกที่มีรูพรุนที่ประกอบด้วยแผ่นนาโนกราไฟท์ (รูปที่ 1b และ 1d)
ด้วยกระแสไฟฟ้าของเส้นใยคาร์บอน (ออกซิเจน 16%) เส้นใยคาร์บอนอาจถูกแปลงเป็นหลอดกราไฟท์หลังจากการสร้างกราฟตามกลไกการแปลงที่คาดการณ์ไว้ในวรรณกรรม
เชื่อกันว่าการเคลื่อนที่ในระยะไกลอยู่ภายใต้โพลาไรเซชันแบบแคโทดของอะตอมคาร์บอน ซึ่งกราไฟท์คริสตัลสูงไปจนถึงการจัดเรียงคาร์บอนอสัณฐานต้องดำเนินการใหม่ กราไฟท์สังเคราะห์เฉพาะกลีบรูปร่างโครงสร้างนาโนได้รับประโยชน์จากอะตอมออกซิเจน แต่วิธีการเฉพาะที่มีอิทธิพลต่อโครงสร้างนาโนเมตรของกราไฟท์ยังไม่ชัดเจน เช่น ออกซิเจนจากโครงกระดูกคาร์บอนภายหลังปฏิกิริยาแคโทด เป็นต้น
ปัจจุบันการวิจัยกลไกดังกล่าวยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นและจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม
1.3 ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของกราไฟท์สังเคราะห์
SEM ใช้ในการสังเกตสัณฐานวิทยาพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ของกราไฟท์, TEM ใช้ในการสังเกตสัณฐานวิทยาของโครงสร้างที่น้อยกว่า 0.2 μm, XRD และ Raman spectroscopy เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการระบุลักษณะโครงสร้างจุลภาคของกราไฟท์, XRD ใช้เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของคริสตัล ข้อมูลของกราไฟท์ และใช้รามานสเปกโทรสโกปีเพื่อระบุลักษณะข้อบกพร่องและระดับลำดับของกราไฟท์
แกรไฟต์มีรูพรุนจำนวนมากซึ่งเตรียมโดยโพลาไรเซชันของแคโทดของอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว สำหรับวัตถุดิบที่แตกต่างกัน เช่น คาร์บอนแบล็กอิเล็กโทรไลซิส จะได้โครงสร้างนาโนที่มีรูพรุนคล้ายกลีบดอกไม้ การวิเคราะห์สเปกตรัม XRD และรามันดำเนินการกับคาร์บอนแบล็กหลังอิเล็กโทรไลซิส
ที่อุณหภูมิ 827 ℃ หลังจากบำบัดด้วยแรงดันไฟฟ้า 2.6V เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ภาพสเปกตรัมรามันของคาร์บอนแบล็คจะเกือบจะเหมือนกับของกราไฟท์เชิงพาณิชย์ หลังจากบำบัดคาร์บอนแบล็กด้วยอุณหภูมิที่ต่างกันแล้ว จะมีการวัดจุดสูงสุดของคุณลักษณะกราไฟท์ที่คมชัด (002) ค่าพีคของการเลี้ยวเบน (002) แสดงถึงระดับการวางแนวของชั้นคาร์บอนอะโรมาติกในกราไฟท์
ยิ่งชั้นคาร์บอนมีความคมมากเท่าไรก็ยิ่งมีการวางแนวมากขึ้นเท่านั้น
Zhu ใช้ถ่านหินด้อยคุณภาพบริสุทธิ์เป็นแคโทดในการทดลอง และโครงสร้างจุลภาคของผลิตภัณฑ์กราไฟต์ถูกเปลี่ยนจากโครงสร้างกราไฟท์แบบเม็ดเป็นขนาดใหญ่ และชั้นกราไฟท์ที่แน่นก็ถูกสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านอัตราสูง
ในสเปกตรัมรามัน เมื่อเงื่อนไขการทดลองเปลี่ยนแปลง ค่า ID/Ig ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน เมื่ออุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 950 ℃ เวลาอิเล็กโทรไลต์คือ 6 ชั่วโมง และแรงดันไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าคือ 2.6V ค่า ID/ Ig ต่ำสุดคือ 0.3 และจุดสูงสุด D ต่ำกว่าจุดสูงสุด G มาก ในเวลาเดียวกัน การปรากฏตัวของพีค 2D ยังแสดงถึงการก่อตัวของโครงสร้างกราไฟท์ที่มีลำดับสูงอีกด้วย
พีคของการเลี้ยวเบนที่คมชัด (002) ในภาพ XRD ยังยืนยันความสำเร็จในการแปลงถ่านหินด้อยคุณภาพให้เป็นกราไฟต์ที่มีความเป็นผลึกสูง
ในกระบวนการสร้างกราฟ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าจะมีบทบาทส่งเสริม แต่แรงดันไฟฟ้าที่สูงเกินไปจะลดผลผลิตของกราไฟท์ และอุณหภูมิสูงเกินไปหรือเวลาในการสร้างกราฟที่นานเกินไปจะนำไปสู่การสิ้นเปลืองทรัพยากร ดังนั้นสำหรับวัสดุคาร์บอนที่แตกต่างกัน การสำรวจสภาวะอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมที่สุดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ยังเป็นจุดสนใจและความยากลำบากอีกด้วย
โครงสร้างนาโนเกล็ดคล้ายกลีบดอกนี้มีคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม รูพรุนจำนวนมากช่วยให้สามารถแทรก/แยกไอออนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ได้วัสดุแคโทดคุณภาพสูงสำหรับแบตเตอรี่ ฯลฯ ดังนั้น การสร้างกราฟด้วยวิธีการไฟฟ้าเคมีจึงเป็นวิธีการสร้างกราฟที่มีศักยภาพมาก
วิธีการอิเล็กโทรดเกลือหลอมเหลว
2.1 การอิเล็กโทรดของคาร์บอนไดออกไซด์
เนื่องจากก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุด CO2 จึงเป็นทรัพยากรหมุนเวียนที่ไม่เป็นพิษ ไม่เป็นอันตราย ราคาถูก และหาได้ง่าย อย่างไรก็ตาม คาร์บอนใน CO2 อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด ดังนั้น CO2 จึงมีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์สูง ซึ่งทำให้ยากต่อการนำกลับมาใช้ใหม่
การวิจัยแรกสุดเกี่ยวกับการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าของ CO2 มีประวัติย้อนกลับไปในทศวรรษ 1960 อินแกรมและคณะ เตรียมคาร์บอนบนอิเล็กโทรดทองคำในระบบเกลือหลอมเหลวของ Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ได้สำเร็จ
แวนและคณะ ชี้ให้เห็นว่าผงคาร์บอนที่ได้รับจากศักยภาพในการลดที่แตกต่างกันมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน รวมถึงกราไฟท์ คาร์บอนอสัณฐาน และเส้นใยนาโนคาร์บอน
ด้วยเกลือหลอมเหลวเพื่อจับ CO2 และวิธีการเตรียมความสำเร็จของวัสดุคาร์บอน หลังจากที่นักวิชาการวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่กลไกการสะสมของคาร์บอนและผลกระทบของสภาวะอิเล็กโทรไลซิสต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิด้วยไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าด้วยไฟฟ้า และองค์ประกอบของ เกลือหลอมเหลวและอิเล็กโทรด ฯลฯ การเตรียมวัสดุกราไฟท์ประสิทธิภาพสูงสำหรับการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดของ CO2 ได้วางรากฐานที่มั่นคง
Hu et al. เปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์และใช้ระบบเกลือหลอมเหลวที่มี CaCl2 มีประสิทธิภาพในการดักจับ CO2 ที่สูงขึ้น เตรียมกราฟีนที่มีระดับกราฟีเซชันที่สูงขึ้นและท่อนาโนคาร์บอนและโครงสร้างนาโนกราไฟท์อื่นๆ ได้สำเร็จ โดยการศึกษาสภาวะอิเล็กโทรไลต์ เช่น อุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิส องค์ประกอบของอิเล็กโทรด และองค์ประกอบของเกลือหลอมเหลว
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบคาร์บอเนต CaCl2 มีข้อดีคือ ราคาถูกและได้มาง่าย มีการนำไฟฟ้าสูง ละลายน้ำได้ง่าย และมีความสามารถในการละลายของไอออนออกซิเจนได้สูงกว่า ซึ่งให้เงื่อนไขทางทฤษฎีสำหรับการแปลง CO2 เป็นผลิตภัณฑ์กราไฟท์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง
2.2 กลไกการเปลี่ยนแปลง
การเตรียมวัสดุคาร์บอนที่มีมูลค่าเพิ่มสูงโดยการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดของ CO2 จากเกลือหลอมเหลว ส่วนใหญ่รวมถึงการดักจับ CO2 และการลดทางอ้อม การจับ CO2 เสร็จสิ้นด้วย O2- อิสระในเกลือหลอมเหลว ดังแสดงในสมการ (1) :
CO2+O2- → CO3 2- (1)
ปัจจุบัน มีการเสนอกลไกปฏิกิริยารีดักชันทางอ้อมสามกลไก: ปฏิกิริยาขั้นตอนเดียว ปฏิกิริยาสองขั้นตอน และกลไกปฏิกิริยารีดักชันโลหะ
อินแกรมเสนอกลไกปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวเป็นครั้งแรก ดังแสดงในสมการ (2) :
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Borucka และคณะเสนอกลไกปฏิกิริยาสองขั้นตอน ดังแสดงในสมการ (3-4) :
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
กลไกของปฏิกิริยารีดักชันโลหะถูกเสนอโดย Deanhardt และคณะ พวกเขาเชื่อว่าไอออนของโลหะถูกรีดิวซ์เป็นโลหะในแคโทดในตอนแรก จากนั้นโลหะก็ถูกรีดิวซ์เป็นไอออนคาร์บอเนต ดังแสดงในสมการ (5~6) :
M- + E – →M (5)
4 ม. + M2CO3 – > C + 3 ม.2o (6)
ปัจจุบันกลไกปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในวรรณกรรมที่มีอยู่
หยินและคณะ ศึกษาระบบ Li-Na-K คาร์บอเนตที่มีนิกเกิลเป็นแคโทด ดีบุกไดออกไซด์เป็นแอโนด และลวดเงินเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง และได้รูปการทดสอบโวลแทมเมทรีแบบไซคลิกในรูปที่ 2 (อัตราการสแกน 100 มิลลิโวลต์/วินาที) ที่นิกเกิลแคโทด และพบว่า ว่ามีการลดจุดสูงสุดเพียงจุดเดียว (ที่ -2.0V) ในการสแกนแบบเนกาทีฟ
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่ามีปฏิกิริยาเดียวเท่านั้นที่เกิดขึ้นระหว่างรีดิวซ์คาร์บอเนต
เกาและคณะ ได้รับโวลแทมเมทรีแบบไซคลิกเดียวกันในระบบคาร์บอเนตเดียวกัน
Ge และคณะ ใช้แอโนดเฉื่อยและทังสเตนแคโทดเพื่อจับ CO2 ในระบบ LiCl-Li2CO3 และได้รับภาพที่คล้ายกัน และมีเพียงการลดจุดสูงสุดของการสะสมคาร์บอนเท่านั้นที่ปรากฏในการสแกนแบบเนกาทีฟ
ในระบบเกลือหลอมโลหะอัลคาไลน์ โลหะอัลคาไลและ CO จะถูกสร้างขึ้นในขณะที่คาร์บอนถูกสะสมโดยแคโทด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาการสะสมของคาร์บอนจะลดลงที่อุณหภูมิต่ำลง การทดลองจึงตรวจพบเฉพาะการลดลงของคาร์บอเนตไปเป็นคาร์บอนเท่านั้น
2.3 การจับ CO2 ด้วยเกลือหลอมเหลวเพื่อเตรียมผลิตภัณฑ์กราไฟท์
วัสดุนาโนกราไฟท์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น กราฟีน และท่อนาโนคาร์บอน สามารถเตรียมได้โดยการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าของ CO2 จากเกลือหลอมเหลว โดยการควบคุมสภาวะการทดลอง หูและคณะ ใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นแคโทดในระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2-NaCl-CaO และอิเล็กโทรไลต์เป็นเวลา 4 ชั่วโมงภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าคงที่ 2.6V ที่อุณหภูมิต่างกัน
ด้วยการเร่งปฏิกิริยาของเหล็กและผลกระทบจากการระเบิดของ CO ระหว่างชั้นกราไฟท์ ทำให้กราฟีนถูกพบบนพื้นผิวของแคโทด กระบวนการเตรียมกราฟีนแสดงในรูปที่ 3
รูปภาพ
การศึกษาในภายหลังได้เพิ่ม Li2SO4 บนพื้นฐานของระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2-NaClCaO อุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิสอยู่ที่ 625 ℃ หลังจากอิเล็กโทรไลซิสเป็นเวลา 4 ชั่วโมง ในเวลาเดียวกันในการสะสมแคโทดของคาร์บอนพบกราฟีนและท่อนาโนคาร์บอน การศึกษาพบว่า Li+ และ SO4 2 - เพื่อให้เกิดผลเชิงบวกต่อการสร้างกราฟ
นอกจากนี้ ซัลเฟอร์ยังถูกรวมเข้ากับตัวคาร์บอนได้สำเร็จ และสามารถรับแผ่นกราไฟท์บางพิเศษและคาร์บอนแบบเส้นใยได้โดยการควบคุมสภาวะอิเล็กโทรไลต์
วัสดุเช่นอุณหภูมิด้วยไฟฟ้าสูงและต่ำสำหรับการก่อตัวของกราฟีนเป็นสิ่งสำคัญ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 800 ℃ จะสร้าง CO ได้ง่ายกว่าแทนที่จะเป็นคาร์บอน แทบจะไม่มีการสะสมของคาร์บอนเมื่อสูงกว่า 950 ℃ ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อผลิตกราฟีนและท่อนาโนคาร์บอน และเรียกคืนความต้องการปฏิกิริยาการสะสมคาร์บอน การทำงานร่วมกันของปฏิกิริยา CO เพื่อให้แน่ใจว่าแคโทดจะสร้างกราฟีนที่มีเสถียรภาพ
งานเหล่านี้เป็นวิธีการใหม่ในการเตรียมผลิตภัณฑ์นาโนกราไฟท์ด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแก้ปัญหาก๊าซเรือนกระจกและการเตรียมกราฟีน
3. สรุปและแนวโน้ม
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ กราไฟท์ธรรมชาติไม่สามารถตอบสนองความต้องการในปัจจุบันได้ และกราไฟท์เทียมมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีกว่ากราไฟท์ธรรมชาติ ดังนั้นการสร้างกราฟไฟท์ราคาถูก มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมจึงเป็นเป้าหมายระยะยาว
การทำกราไฟท์ด้วยวิธีการเคมีไฟฟ้าในวัตถุดิบที่เป็นของแข็งและก๊าซด้วยวิธีโพลาไรเซชันแบบแคโทดและการสะสมทางเคมีไฟฟ้าทำได้สำเร็จจากวัสดุกราไฟท์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เมื่อเทียบกับวิธีการสร้างกราฟแบบดั้งเดิม วิธีการเคมีไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงกว่า การใช้พลังงานลดลง การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมสีเขียว สำหรับวัสดุขนาดเล็กที่ถูกจำกัดด้วยวัสดุที่เลือกในเวลาเดียวกัน สามารถเตรียมตามสภาวะอิเล็กโทรไลซิสที่แตกต่างกันได้ที่สัณฐานวิทยาของโครงสร้างกราไฟท์ที่แตกต่างกัน
โดยเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแปลงคาร์บอนอสัณฐานและก๊าซเรือนกระจกทุกชนิดให้เป็นวัสดุกราไฟท์ที่มีโครงสร้างนาโนอันทรงคุณค่า และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดี
ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้อยู่ในช่วงเริ่มต้น มีการศึกษาเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการสร้างกราฟโดยวิธีเคมีไฟฟ้า และยังมีกระบวนการที่ไม่อาจทราบได้อีกมากมาย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเริ่มต้นจากวัตถุดิบและดำเนินการศึกษาอย่างครอบคลุมและเป็นระบบเกี่ยวกับคาร์บอนอสัณฐานต่างๆ และในขณะเดียวกันก็สำรวจอุณหพลศาสตร์และพลศาสตร์ของการแปลงกราไฟท์ในระดับที่ลึกยิ่งขึ้น
สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างกว้างขวางต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมกราไฟท์ในอนาคต
เวลาโพสต์: May-10-2021