گرافىت سۈنئىي گرافىت ۋە تەبىئىي گرافىت دەپ ئىككىگە ئايرىلىدۇ، دۇنيادىكى تەبىئىي گرافىتنىڭ زاپىسى تەخمىنەن 2 مىليارد توننىغا يېتىدۇ.
سۈنئىي گرافىت نورمال بېسىم ئاستىدا كاربون تەركىبلىك ماتېرىياللارنى پارچىلاش ۋە ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش ئارقىلىق ئېرىشىلىدۇ. بۇ ئۆزگەرتىش ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچ سۈپىتىدە يېتەرلىك يۇقىرى تېمپېراتۇرا ۋە ئېنېرگىيەنى تەلەپ قىلىدۇ، قالايمىقان قۇرۇلما تەرتىپلىك گرافىت كىرىستال قۇرۇلمىسىغا ئۆزگىرىدۇ.
گرافىتلاشتۇرۇش كەڭ مەنىدىكى كاربونلۇق ماتېرىياللارنىڭ 2000 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش ئارقىلىق كاربون ئاتوملىرىنى قايتا تەشكىللەشنى كۆرسىتىدۇ، قانداقلا بولمىسۇن، بەزى كاربون ماتېرىياللىرى 3000 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا گرافىتلاشتۇرۇلىدۇ. بۇ خىل كاربون ماتېرىياللىرى «قاتتىق كۆمۈر» دەپ ئاتىلىدۇ، ئاسان گرافىتلىنىدىغان كاربون ماتېرىياللىرى ئۈچۈن ئەنئەنىۋى گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇلى يۇقىرى تېمپېراتۇرا ۋە يۇقىرى بېسىم ئۇسۇلى، كاتالىزاتورلۇق گرافىتلاشتۇرۇش، خىمىيىلىك پارغا چۆكتۈرۈش ئۇسۇلى قاتارلىقلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.
گرافىتلاشتۇرۇش كاربونلۇق ماتېرىياللارنىڭ يۇقىرى قوشۇمچە قىممىتىنى ئىشلىتىشنىڭ ئۈنۈملۈك ۋاسىتىسى. ئالىملارنىڭ كەڭ كۆلەملىك ۋە چوڭقۇر تەتقىقاتىدىن كېيىن، ئۇ ھازىر ئاساسەن پىشىپ يېتىلدى. قانداقلا بولمىسۇن، بەزى پايدىسىز ئامىللار ئەنئەنىۋى گرافىتلاشتۇرۇشنىڭ سانائەتتە قوللىنىلىشىنى چەكلەيدۇ، شۇڭا يېڭى گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇللىرىنى تەكشۈرۈش مۇقەررەر يۈزلىنىش.
ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىزم ئۇسۇلى 19-ئەسىردىن بۇيان بىر ئەسىردىن ئارتۇق تەرەققىي قىلدى، ئۇنىڭ ئاساسىي نەزەرىيەسى ۋە يېڭى ئۇسۇللىرى ئۈزلۈكسىز يېڭىلىق يارىتىش ۋە تەرەققىي قىلدۇرۇش بولۇپ، ھازىر پەقەت ئەنئەنىۋى مېتاللورگىيە سانائىتى بىلەنلا چەكلىنىپ قالمايدۇ، 21-ئەسىرنىڭ باشلىرىدا، ئېرىتىلگەن تۇز سىستېمىسىدىكى قاتتىق ئوكسىد ئېلېكترولىتلىق قايتۇرۇش ئۇسۇلى ئارقىلىق ئېلېمېنت مېتاللىرىنى تەييارلاش تېخىمۇ ئاكتىپ بولۇپ، تېخىمۇ دىققەت نۇقتىسىغا ئايلاندى.
يېقىندا، ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىزى ئارقىلىق گرافىت ماتېرىياللىرىنى تەييارلاشنىڭ يېڭى ئۇسۇلى كۆپچىلىكنىڭ دىققىتىنى تارتتى.
كاتود قۇتۇپلىشىش ۋە ئېلېكترود ئورنىتىش ئارقىلىق، ئىككى خىل كاربون خام ئەشياسى يۇقىرى قوشۇمچە قىممەتكە ئىگە نانو-گرافىت ماتېرىياللىرىغا ئايلاندۇرۇلىدۇ. ئەنئەنىۋى گرافىتلاشتۇرۇش تېخنىكىسىغا سېلىشتۇرغاندا، يېڭى گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇلى تۆۋەن گرافىتلاشتۇرۇش تېمپېراتۇرىسى ۋە كونترول قىلغىلى بولىدىغان مورفولوگىيە قاتارلىق ئەۋزەللىكلەرگە ئىگە.
بۇ ماقالە ئېلېكتروخىمىيەلىك ئۇسۇل ئارقىلىق گرافىتلاشتۇرۇشنىڭ ئىلگىرىلىشىنى كۆزدىن كەچۈرىدۇ، بۇ يېڭى تېخنىكىنى تونۇشتۇرىدۇ، ئۇنىڭ ئەۋزەللىكلىرى ۋە كەمچىلىكلىرىنى تەھلىل قىلىدۇ ھەمدە كەلگۈسىدىكى تەرەققىيات يۈزلىنىشىنى مۆلچەرلەيدۇ.
بىرىنچى، ئېرىگەن تۇز ئېلېكترولىتلىق كاتود قۇتۇپلاشتۇرۇش ئۇسۇلى
1.1 خام ئەشيا
ھازىر، سۈنئىي گرافىتنىڭ ئاساسلىق خام ماتېرىيالى يۇقىرى گرافىتلىنىش دەرىجىسىدىكى ئىگنە كوكىسى ۋە قېتىق كوكىسى بولۇپ، نېفىت قالدۇقى ۋە كۆمۈر قېتىنىنى خام ئەشيا قىلىپ، تۆشۈكلۈكى تۆۋەن، كۈكۈرت مىقدارى تۆۋەن، كۈل مىقدارى تۆۋەن بولغان يۇقىرى سۈپەتلىك كاربون ماتېرىياللىرىنى ئىشلەپچىقىرىدۇ. گرافىتلىنىشنىڭ ئەۋزەللىكى شۇكى، ئۇنى تەييارلىغاندىن كېيىن، سوقۇلۇشقا چىدامچانلىقى ياخشى، مېخانىكىلىق كۈچى يۇقىرى، قارشىلىقى تۆۋەن بولىدۇ.
قانداقلا بولمىسۇن، نېفىت زاپىسىنىڭ چەكلىك بولۇشى ۋە نېفىت باھاسىنىڭ ئۆزگىرىشى ئۇنىڭ تەرەققىياتىنى چەكلەپ قويدى، شۇڭا يېڭى خام ئەشيا ئىزدەش ھەل قىلىشقا تېگىشلىك جىددىي مەسىلىگە ئايلاندى.
ئەنئەنىۋى گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇللىرىنىڭ چەكلىمىسى بار، ھەر خىل گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇللىرى ئوخشىمايدىغان خام ماتېرىياللارنى ئىشلىتىدۇ. گرافىتلاشتۇرۇلمىغان كاربونغا نىسبەتەن، ئەنئەنىۋى ئۇسۇللار ئۇنى گرافىتلاشتۇرالمايدۇ، ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىزىنىڭ ئېلېكتروخىمىيىلىك فورمۇلاسى خام ماتېرىيال چەكلىمىسىنى بۇزۇپ تاشلايدۇ، ھەمدە دېگۈدەك بارلىق ئەنئەنىۋى كاربون ماتېرىياللىرىغا ماس كېلىدۇ.
ئەنئەنىۋى كاربون ماتېرىياللىرى كاربون قارا، ئاكتىپلاشتۇرۇلغان كاربون، كۆمۈر قاتارلىقلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ، بۇلارنىڭ ئىچىدە كۆمۈر ئەڭ ئۈمىدۋار ماتېرىيال. كۆمۈر ئاساسلىق سىياھ كۆمۈرنى ئالدىنقى ماددا قىلىپ ئالىدۇ ۋە ئالدىن بىر تەرەپ قىلىنغاندىن كېيىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا گرافىت مەھسۇلاتلىرىغا تەييارلىنىدۇ.
يېقىندا، بۇ ماقالە پېڭغا ئوخشاش يېڭى ئېلېكتروخىمىيىلىك ئۇسۇللارنى ئوتتۇرىغا قويدى، ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىز ئارقىلىق گرافىتلاشتۇرۇلغان كاربون قارا رەڭنى يۇقىرى كرىستاللىق گرافىتقا ئايلاندۇرۇش ئېھتىماللىقى ئاز، گرافىت ئەۋرىشكىسىنىڭ يوپۇرماق شەكلىدىكى گرافىت نانومېتىرلىق پارچىلىرىنى ئېلېكترولىز قىلغاندا، يۇقىرى سېلىشتۇرما يۈز كۆلىمىگە ئىگە بولۇپ، لىتىي باتارېيەسى ئۈچۈن ئىشلىتىلگەندە، كاتود تەبىئىي گرافىتقا قارىغاندا ئەلا ئېلېكتروخىمىيىلىك ئىقتىدارنى نامايان قىلدى.
جۇ قاتارلىقلار كۆيدۈرۈلگەن تۆۋەن سۈپەتلىك كۆمۈرنى 950 سېلسىيە گرادۇستا ئېلېكترولىزم قىلىش ئۈچۈن CaCl2 ئېرىتىلگەن تۇز سىستېمىسىغا سېلىپ، تۆۋەن سۈپەتلىك كۆمۈرنى مۇۋەپپەقىيەتلىك ھالدا يۇقىرى كىرىستاللىققا ئىگە گرافىتقا ئايلاندۇردى، بۇ گرافىت لىتىي ئىئون باتارېيەسىنىڭ ئانودى سۈپىتىدە ئىشلىتىلگەندە ياخشى سۈرئەت ۋە ئۇزۇن مۇددەتلىك ئۆمۈر كۆرسەتتى.
بۇ تەجرىبە شۇنى كۆرسىتىپ بېرىدۇكى، ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىزى ئارقىلىق ھەر خىل ئەنئەنىۋى كاربون ماتېرىياللىرىنى گرافىتقا ئايلاندۇرۇش مۇمكىن، بۇ كەلگۈسىدىكى سۈنئىي گرافىت ئۈچۈن يېڭى يول ئاچىدۇ.
1.2 مېخانىزمى
ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترولىزى ئۇسۇلىدا كاربون ماتېرىيالى كاتود سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ ۋە كاتود قۇتۇپلىشىشى ئارقىلىق ئۇنى يۇقىرى كىرىستاللىققا ئىگە گرافىتقا ئايلاندۇرىدۇ. ھازىر مەۋجۇت ئەدەبىياتلاردا كاتود قۇتۇپلىشىشىنىڭ مۇمكىن بولغان ئۆزگەرتىش جەريانىدا ئوكسىگېننى يوقىتىش ۋە كاربون ئاتوملىرىنىڭ ئۇزۇن مۇساپىلىك قايتا تەشكىللىنىشى تىلغا ئېلىنىدۇ.
كاربون ماتېرىياللىرىدا ئوكسىگېننىڭ بولۇشى گرافىتلىشىشقا بەلگىلىك دەرىجىدە توسقۇنلۇق قىلىدۇ. ئەنئەنىۋى گرافىتلىشىش جەريانىدا، تېمپېراتۇرا 1600K دىن يۇقىرى بولغاندا ئوكسىگېن ئاستا-ئاستا چىقىرىۋېتىلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، كاتود قۇتۇپلىشىش ئارقىلىق ئوكسىدسىزلاندۇرۇش ناھايىتى قولايلىق.
پېڭ قاتارلىقلار تەجرىبىلەردە تۇنجى قېتىم ئېرىگەن تۇز ئېلېكترولىزىنىڭ كاتودلۇق قۇتۇپلىشىش پوتېنسىيالى مېخانىزمىنى ئوتتۇرىغا قويدى، يەنى گرافىتلىشىشنىڭ ئەڭ باشلىنىش نۇقتىسى قاتتىق كاربون مىكرو شارچىسى / ئېلېكترولىت چېگرىسىغا جايلاشقان بولۇش، ئالدى بىلەن كاربون مىكرو شارچىسى ئوخشاش دىئامېتىرلىق گرافىت قېپى ئەتراپىدا شەكىللىنىدۇ، ئاندىن ھەرگىز مۇقىم سۇسىز كاربون كاربون ئاتوملىرى تېخىمۇ مۇقىم سىرتقى گرافىت پارچىسىغا تارقىلىپ، تولۇق گرافىتلىنىشتىن بۇرۇن،
گرافىتلاشتۇرۇش جەريانى ئوكسىگېننىڭ چىقىرىلىشى بىلەن بىللە ئېلىپ بېرىلىدۇ، بۇ تەجرىبىلەر ئارقىلىقمۇ ئىسپاتلاندى.
جىن قاتارلىقلارمۇ بۇ قاراشنى تەجرىبە ئارقىلىق ئىسپاتلىدى. گىليۇكوزا كاربونلاشتۇرۇلغاندىن كېيىن، گرافىتلاشتۇرۇش (ئوكسىگېن مىقدارى %17) ئېلىپ بېرىلدى. گرافىتلاشتۇرۇلغاندىن كېيىن، ئەسلىدىكى قاتتىق كاربون شارلىرى (1a ۋە 1c-رەسىم) گرافىت نانو قەۋەتلىرىدىن تەركىب تاپقان تۆشۈكلۈك قاپاق ھاسىل قىلدى (1b ۋە 1d-رەسىم).
كاربون تالالىرىنى (16% ئوكسىگېن) ئېلېكترولىزلاش ئارقىلىق، كاربون تالالىرى ئەدەبىياتتا پەرەز قىلىنغان ئۆزگەرتىش مېخانىزمىغا ئاساسەن گرافىتلاشتۇرۇلغاندىن كېيىن گرافىت تۇرۇبىسىغا ئايلاندۇرۇلىدۇ.
ئۇزۇن مۇساپىلىك ھەرىكەت كاتودلۇق كاربون ئاتوملىرىنىڭ قۇتۇپلىشىشى ئاستىدا بولىدۇ، يۇقىرى كرىستاللىق گرافىتنى ئامورف كاربونغا قايتا تەشكىللەش جەريانى كېرەك، سۈنئىي گرافىتنىڭ ئۆزگىچە يوپۇرماق شەكلىدىكى نانو قۇرۇلمىلىرى ئوكسىگېن ئاتوملىرىدىن پايدىلىنىدۇ، ئەمما گرافىتنىڭ نانومېتىر قۇرۇلمىسىغا قانداق تەسىر كۆرسىتىش ئېنىق ئەمەس، مەسىلەن، ئوكسىگېن كاربون ئىسكىلىتىدىن كېيىن كاتود رېئاكسىيەسى قاتارلىقلار.
ھازىر، بۇ مېخانىزم تەتقىقاتى يەنىلا دەسلەپكى باسقۇچتا تۇرۇۋاتىدۇ، شۇڭا تېخىمۇ كۆپ تەتقىقات ئېلىپ بېرىشقا توغرا كېلىدۇ.
1.3 سۈنئىي گرافىتنىڭ مورفولوگىيەلىك خاراكتېرى
SEM گرافىتنىڭ مىكروسكوپ يۈزى مورفولوگىيەسىنى كۆزىتىشكە ئىشلىتىلىدۇ، TEM 0.2 μm دىن كىچىك قۇرۇلما مورفولوگىيەسىنى كۆزىتىشكە ئىشلىتىلىدۇ، XRD ۋە رامان سپېكتروسكوپىيەسى گرافىتنىڭ مىكرو قۇرۇلمىسىنى خاراكتېرلەشتۈرۈشتە ئەڭ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان ئۇسۇل، XRD گرافىتنىڭ كرىستال ئۇچۇرلىرىنى خاراكتېرلەشتۈرۈشكە ئىشلىتىلىدۇ، رامان سپېكتروسكوپىيەسى گرافىتنىڭ كەمتۈكلۈكلىرى ۋە تەرتىپ دەرىجىسىنى خاراكتېرلەشتۈرۈشكە ئىشلىتىلىدۇ.
ئېرىگەن تۇز ئېلېكترولىزىنىڭ كاتود قۇتۇپلىشىشى ئارقىلىق تەييارلانغان گرافىتتا نۇرغۇن تۆشۈكلەر بار. كاربون قارا ئېلېكترولىزى قاتارلىق ھەر خىل خام ئەشيالار ئۈچۈن، يوپۇرماققا ئوخشاش تۆشۈكلۈك نانو قۇرۇلمىلار ئېرىشىلىدۇ. ئېلېكترولىزدىن كېيىن كاربون قارا ئۈستىدە XRD ۋە رامان سپېكترى ئانالىزى ئېلىپ بېرىلىدۇ.
827 سېلسىيە گرادۇستا، 2.6V توك بىلەن 1 سائەت بىر تەرەپ قىلىنغاندىن كېيىن، كاربون قارا رەڭنىڭ رامان سپېكترلىق سۈرىتى سودا گرافىتنىڭكى بىلەن دېگۈدەك ئوخشاش بولىدۇ. كاربون قارا رەڭ ھەر خىل تېمپېراتۇرىلاردا بىر تەرەپ قىلىنغاندىن كېيىن، ئۆتكۈر گرافىتنىڭ خاسلىقى چوققىسى (002) ئۆلچەنىدۇ. دىفراكسىيە چوققىسى (002) گرافىتتىكى خۇشپۇراق كاربون قەۋىتىنىڭ يۆنىلىش دەرىجىسىنى كۆرسىتىدۇ.
كاربون قەۋىتى قانچە ئۆتكۈر بولسا، شۇنچە يۆنىلىشلىك بولىدۇ.
جۇ تەجرىبىدە تازىلانغان تۆۋەن دەرىجىلىك كۆمۈرنى كاتود قىلىپ ئىشلەتكەن، گرافىتلانغان مەھسۇلاتنىڭ مىكرو قۇرۇلمىسى دانچە قۇرۇلمىسىدىن چوڭ گرافىت قۇرۇلمىسىغا ئۆزگەرتىلگەن، ھەمدە يۇقىرى سۈرئەتلىك ئېلېكترونلۇق مىكروسكوپ ئاستىدا زىچ گرافىت قەۋىتى كۆزىتىلگەن.
رامان سپېكتىرىدا، تەجرىبە شارائىتىنىڭ ئۆزگىرىشىگە ئەگىشىپ، ID/Ig قىممىتىمۇ ئۆزگەردى. ئېلېكترولىت تېمپېراتۇرىسى 950 ℃ بولغاندا، ئېلېكترولىت ۋاقتى 6 سائەت، ئېلېكترولىت توك بېسىمى 2.6V، ئەڭ تۆۋەن ID/Ig قىممىتى 0.3، D چوققىسى G چوققىسىدىن خېلىلا تۆۋەن بولدى. شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، 2D چوققىسىنىڭ پەيدا بولۇشىمۇ يۇقىرى دەرىجىدە تەرتىپلىك گرافىت قۇرۇلمىسىنىڭ شەكىللىنىشىنى ئىپادىلىدى.
XRD رەسىمىدىكى ئۆتكۈر (002) دىفراكسىيە چوققىسى يەنە تۆۋەن دەرىجىلىك كۆمۈرنىڭ يۇقىرى كىرىستاللىققا ئىگە گرافىتقا مۇۋەپپەقىيەتلىك ئايلاندۇرۇلغانلىقىنى جەزملەشتۈرىدۇ.
گرافىتلاشتۇرۇش جەريانىدا، تېمپېراتۇرا ۋە توك بېسىمىنىڭ ئېشىشى ئىلگىرى سۈرۈش رولىنى ئوينايدۇ، ئەمما توك بېسىمى بەك يۇقىرى بولسا گرافىتنىڭ مەھسۇلات مىقدارى تۆۋەنلەيدۇ، تېمپېراتۇرى بەك يۇقىرى بولسا ياكى گرافىتلاشتۇرۇش ۋاقتى بەك ئۇزۇن بولسا، بايلىقنىڭ ئىسراپ بولۇشىغا سەۋەب بولىدۇ، شۇڭا ھەر خىل كاربون ماتېرىياللىرى ئۈچۈن ئەڭ مۇۋاپىق ئېلېكترولىت شارائىتىنى تەكشۈرۈش ئالاھىدە مۇھىم بولۇپ، بۇ يەنە بىر مۇھىم نۇقتا ۋە قىيىن نۇقتا.
بۇ گۈل يوپۇرمىقىغا ئوخشاش پارچىلىق نانو قۇرۇلمىسى ئېسىل ئېلېكتروخىمىيىلىك خۇسۇسىيەتكە ئىگە. نۇرغۇن تۆشۈكلەر ئىئونلارنىڭ تېز سۈرئەتتە كىرگۈزۈلۈشى/قەۋىتىنىڭ ئېنىقلىنىشىغا شارائىت يارىتىپ، باتارېيە قاتارلىقلار ئۈچۈن يۇقىرى سۈپەتلىك كاتود ماتېرىياللىرىنى تەمىنلەيدۇ. شۇڭا، ئېلېكتروخىمىيىلىك ئۇسۇلدا گرافىتلاشتۇرۇش ناھايىتى پايدىلىق گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇلى.
ئېرىتىلگەن تۇز ئېلېكترود ئورنىتىش ئۇسۇلى
2.1 كاربون تۆت ئوكسىدنى ئېلېكترودلۇق چۆكتۈرۈش
ئەڭ مۇھىم پارنىك گازى بولۇش سۈپىتى بىلەن، CO2 يەنە زەھەرلىك ئەمەس، زىيانسىز، ئەرزان ۋە ئاسان قولغا كەلتۈرگىلى بولىدىغان قايتا ھاسىل بولىدىغان بايلىق. قانداقلا بولمىسۇن، CO2 دىكى كاربون ئەڭ يۇقىرى ئوكسىدلىنىش ھالىتىدە، شۇڭا CO2 يۇقىرى تېرمودىنامىكىلىق مۇقىملىققا ئىگە، بۇ ئۇنى قايتا ئىشلىتىشنى قىيىنلاشتۇرىدۇ.
CO2 ئېلېكترود ئورنىتىش توغرىسىدىكى ئەڭ دەسلەپكى تەتقىقاتلار 1960-يىللارغا تۇتىشىدۇ. ئىنگرام قاتارلىقلار Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ئېرىتىلگەن تۇز سىستېمىسىدا ئالتۇن ئۈستىدىكى كاربون ئېلېكترودىنى مۇۋەپپەقىيەتلىك تەييارلىدى.
ۋان قاتارلىقلار ھەر خىل قايتۇرۇش پوتېنسىيالىدا قولغا كەلتۈرۈلگەن كاربون پاراشوكلىرىنىڭ قۇرۇلمىسىنىڭ ئوخشىمايدىغانلىقىنى، بۇنىڭ ئىچىدە گرافىت، ئامورف كاربون ۋە كاربون نانو تالالىرىنىڭ بارلىقىنى كۆرسەتتى.
ئېرىگەن تۇز ئارقىلىق CO2 نى تۇتۇۋېلىش ۋە كاربون ماتېرىيالىنى تەييارلاش ئۇسۇلى مۇۋەپپەقىيەت قازاندى. ئالىملار ئۇزۇن مەزگىللىك تەتقىقات جەريانىدا كاربون چۆكمىسىنىڭ شەكىللىنىش مېخانىزمى ۋە ئېلېكترولىت شارائىتىنىڭ ئاخىرقى مەھسۇلاتقا بولغان تەسىرى، مەسىلەن ئېلېكترولىت تېمپېراتۇرىسى، ئېلېكترولىت توك بېسىمى ۋە ئېرىگەن تۇز ۋە ئېلېكترودلارنىڭ تەركىبى قاتارلىقلارنى تەتقىق قىلىپ، CO2 نى ئېلېكترولىتلاشتۇرۇش ئۈچۈن يۇقىرى ئۈنۈملۈك گرافىت ماتېرىياللىرىنى تەييارلاشتا پۇختا ئاساس سالدى.
خۇ قاتارلىقلار ئېلېكترولىتنى ئۆزگەرتىپ، يۇقىرى CO2 تۇتۇش ئۈنۈمىگە ئىگە CaCl2 ئاساسلىق ئېرىگەن تۇز سىستېمىسىنى ئىشلىتىش ئارقىلىق، ئېلېكترولىت تېمپېراتۇرىسى، ئېلېكترود تەركىبى ۋە ئېرىگەن تۇز تەركىبى قاتارلىق ئېلېكترولىت شارائىتىنى تەتقىق قىلىش ئارقىلىق يۇقىرى گرافىتلىنىش دەرىجىسىگە ئىگە گرافېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبا ۋە باشقا نانوگرافىت قۇرۇلمىلىرىنى مۇۋەپپەقىيەتلىك تەييارلىدى.
كاربونات سىستېمىسى بىلەن سېلىشتۇرغاندا، CaCl2 ئەرزان ۋە ئاسان قولغا كەلتۈرۈلىدىغان، يۇقىرى ئۆتكۈزۈشچانلىق، سۇدا ئاسان ئېرىيدىغان ۋە ئوكسىگېن ئىئونلىرىنىڭ يۇقىرى ئېرىشچانلىقى قاتارلىق ئەۋزەللىكلەرگە ئىگە بولۇپ، CO2 نى يۇقىرى قوشۇمچە قىممەتكە ئىگە گرافىت مەھسۇلاتلىرىغا ئايلاندۇرۇش ئۈچۈن نەزەرىيەۋى شارائىت ھازىرلايدۇ.
2.2 ئۆزگەرتىش مېخانىزمى
ئېرىگەن تۇزدىن CO2 نى ئېلېكترودقا قويۇش ئارقىلىق يۇقىرى قوشۇلما قىممەتكە ئىگە كاربون ماتېرىياللىرىنى تەييارلاش ئاساسلىقى CO2 نى تۇتۇش ۋە ۋاسىتىلىك قايتۇرۇشنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. CO2 نى تۇتۇش ئېرىگەن تۇزدىكى ئەركىن O2 ئارقىلىق تاماملىنىدۇ، بۇ (1) - فورمۇلادا كۆرسىتىلگەندەك:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
ھازىر ئۈچ خىل ۋاسىتىلىك قايتۇرۇش رېئاكسىيە مېخانىزمى ئوتتۇرىغا قويۇلدى: بىر باسقۇچلۇق رېئاكسىيە، ئىككى باسقۇچلۇق رېئاكسىيە ۋە مېتال قايتۇرۇش رېئاكسىيە مېخانىزمى.
بىر باسقۇچلۇق رېئاكسىيە مېخانىزمىنى تۇنجى قېتىم ئىنگرام ئوتتۇرىغا قويغان، بۇ (2) - فورمۇلادا كۆرسىتىلگەندەك:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
ئىككى باسقۇچلۇق رېئاكسىيە مېخانىزمىنى بورۇكا قاتارلىقلار ئوتتۇرىغا قويغان بولۇپ، بۇ (3-4) فورمۇلادا كۆرسىتىلگەندەك:
CO3 2- + 2E - → CO2 2- + O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
مېتال قايتۇرۇش رېئاكسىيەسىنىڭ مېخانىزمىنى دىئانھاردت قاتارلىقلار ئوتتۇرىغا قويغان. ئۇلار مېتال ئىئونلىرىنىڭ ئالدى بىلەن كاتودتا مېتالغا قايتۇرۇلۇپ، ئاندىن مېتالنىڭ كاربونات ئىئونلىرىغا قايتۇرۇلۇپ، (5~6) تەڭلىمىدە كۆرسىتىلگەندەك، دەپ قارىغان:
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
ھازىر، مەۋجۇت ئەدەبىياتلاردا بىر باسقۇچلۇق رېئاكسىيە مېخانىزمى ئومۇمەن قوبۇل قىلىنىدۇ.
يىن قاتارلىقلار نىكېلنى كاتود، قېلەي دىئوكسىدنى ئانود ۋە كۈمۈش سىمنى پايدىلىنىش ئېلېكترودى قىلىپ ئىشلەتكەن Li-Na-K كاربونات سىستېمىسىنى تەتقىق قىلىپ، نىكېل كاتودىدا 2-رەسىمدىكى دەۋرىيلىك ۋولتاممېتىرىيە سىناق قىممىتىنى (سىكاننېرلاش سۈرئىتى 100 mV/s) قولغا كەلتۈردى ۋە مەنپىي سىكاننېرلاشتا پەقەت بىرلا قايتۇرۇش چوققىسى (-2.0V دا) بارلىقىنى بايقىدى.
شۇڭا، كاربوناتنىڭ ئەسلىگە كېلىشى جەريانىدا پەقەت بىرلا رېئاكسىيە يۈز بەرگەن دەپ خۇلاسە چىقىرىشقا بولىدۇ.
گاۋ قاتارلىقلار ئوخشاش كاربونات سىستېمىسىدا ئوخشاش دەۋرىيلىك ۋولتاممېتىرىيەگە ئېرىشتى.
گې قاتارلىقلار LiCl-Li2CO3 سىستېمىسىدىكى CO2 نى تۇتۇش ئۈچۈن ئىنېرت ئانود ۋە ۋولفرام كاتودىنى ئىشلەتكەن ۋە ئوخشاش رەسىملەرگە ئېرىشكەن، پەقەت كاربون چۆكمىسىنىڭ تۆۋەنلەش چوققىسىلا مەنپىي سىكاننېرلاشتا كۆرۈلگەن.
ئىشقارلىق مېتال ئېرىگەن تۇز سىستېمىسىدا، كاتود ئارقىلىق كاربون چۆككەندە ئىشقارلىق مېتاللار ۋە CO ھاسىل بولىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا كاربون چۆكۈش رېئاكسىيەسىنىڭ تېرمودىنامىكىلىق شارائىتى تۆۋەن بولغاچقا، سىناق جەريانىدا پەقەت كاربوناتنىڭ كاربونغا قايتىشىنى بايقىغىلى بولىدۇ.
2.3 ئېرىتىلگەن تۇز ئارقىلىق CO2 نى تۇتۇۋېلىپ، گرافىت مەھسۇلاتلىرىنى تەييارلاش
گرافېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبىسى قاتارلىق يۇقىرى قوشۇلما قىممەتلىك گرافىت نانوماتېرىياللىرىنى تەجرىبە شارائىتىنى كونترول قىلىش ئارقىلىق ئېرىگەن تۇزدىن CO2 نى ئېلېكترودلاشتۇرۇش ئارقىلىق تەييارلىغىلى بولىدۇ. خۇ قاتارلىقلار CaCl2-NaCl-CaO ئېرىگەن تۇز سىستېمىسىدا كاتود سۈپىتىدە داتلاشماس پولاتنى ئىشلىتىپ، ھەر خىل تېمپېراتۇرىدا 2.6V تۇراقلىق توك بېسىمى ئاستىدا 4 سائەت ئېلېكترولىز قىلدى.
تۆمۈرنىڭ كاتالىزى ۋە گرافىت قەۋەتلىرى ئارىسىدىكى CO نىڭ پارتلاش تەسىرى سەۋەبىدىن، كاتود يۈزىدە گرافېن بايقالغان. گرافېننىڭ تەييارلاش جەريانى 3-رەسىمدە كۆرسىتىلگەن.
رەسىم
كېيىنكى تەتقىقاتلاردا CaCl2-NaClCaO ئېرىگەن تۇز سىستېمىسى ئاساسىدا Li2SO4 قوشۇلغان، ئېلېكترولىزم تېمپېراتۇرىسى 625 سېلسىيە گرادۇس بولغان، 4 سائەت ئېلېكترولىزمدىن كېيىن، كاتود كاربون چۆكمىسىدە گرافېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبىسى بايقالغان، تەتقىقاتتا Li+ ۋە SO42- نىڭ گرافىتلىشىشقا ئىجابىي تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقى بايقالغان.
كۈكىرتمۇ كاربون گەۋدىسىگە مۇۋەپپەقىيەتلىك قوشۇلدى، ئېلېكترولىت شارائىتىنى كونترول قىلىش ئارقىلىق ئىنتايىن نېپىز گرافىت تاختىلىرى ۋە تالالىق كاربونغا ئېرىشكىلى بولىدۇ.
ئېلېكترولىت قاتارلىق ماتېرىياللارنىڭ يۇقىرى ۋە تۆۋەن تېمپېراتۇرىسى گرافېننىڭ ھاسىل بولۇشى ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم. تېمپېراتۇرا 800 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى بولغاندا، كاربون ئورنىغا CO ھاسىل قىلىش ئاسان، 950 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى بولغاندا، كاربون چۆكمىسى ئاساسەن يوق. شۇڭا تېمپېراتۇرىنى كونترول قىلىش گرافېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبىسىنى ئىشلەپچىقىرىشتا ئىنتايىن مۇھىم بولۇپ، كاربون چۆكمىسى رېئاكسىيەسىنىڭ CO رېئاكسىيەسىنى ئەسلىگە كەلتۈرۈش ۋە كاتودنىڭ گرافېن ھاسىل قىلىشىنىڭ مۇقىملىقىغا كاپالەتلىك قىلىش كېرەك.
بۇ تەتقىقاتلار CO2 ئارقىلىق نانو-گرافىت مەھسۇلاتلىرىنى تەييارلاشنىڭ يېڭى ئۇسۇلىنى تەمىنلەيدۇ، بۇ پارنىك گازلىرىنى ئېرىتىش ۋە گرافېن تەييارلاشتا مۇھىم ئەھمىيەتكە ئىگە.
3. خۇلاسە ۋە كەلگۈسى
يېڭى ئېنېرگىيە سانائىتىنىڭ تېز سۈرئەتتە تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ، تەبىئىي گرافىت ھازىرقى ئېھتىياجنى قاندۇرالمىدى، سۈنئىي گرافىت تەبىئىي گرافىتقا قارىغاندا ياخشى فىزىكىلىق ۋە خىمىيىلىك خۇسۇسىيەتكە ئىگە، شۇڭا ئەرزان، ئۈنۈملۈك ۋە مۇھىت ئاسرايدىغان گرافىتلاشتۇرۇش ئۇزۇن مۇددەتلىك نىشان.
قاتتىق ۋە گاز شەكىللىك خام ئەشيالارنى گرافىتلاشتۇرۇش ئېلېكتروخىمىيەلىك ئۇسۇل ئارقىلىق كاتود قۇتۇپلاشتۇرۇش ۋە ئېلېكتروخىمىيەلىك چۆكمە ئۇسۇلى ئارقىلىق گرافىت ماتېرىياللىرىدىن يۇقىرى قوشۇمچە قىممەتكە ئىگە قىلىپ مۇۋەپپەقىيەتلىك چىقىرىلدى. ئەنئەنىۋى گرافىتلاشتۇرۇش ئۇسۇلىغا سېلىشتۇرغاندا، ئېلېكتروخىمىيەلىك ئۇسۇلنىڭ ئۈنۈمى يۇقىرى، ئېنېرگىيە سەرپىياتى تۆۋەن، يېشىل مۇھىت ئاسرايدىغان بولۇپ، كىچىك ماتېرىياللارنى تاللاش ئارقىلىق بىرلا ۋاقىتتا، ئوخشىمىغان ئېلېكترولىز شارائىتىغا ئاساسەن ئوخشىمىغان شەكىلدە گرافىت قۇرۇلمىسىنى تەييارلىغىلى بولىدۇ.
ئۇ ھەر خىل ئامورف كاربون ۋە پارنىك گازلىرىنى قىممەتلىك نانو قۇرۇلمىلىق گرافىت ماتېرىياللىرىغا ئايلاندۇرۇشنىڭ ئۈنۈملۈك ئۇسۇلى بىلەن تەمىنلەيدۇ ھەمدە ياخشى قوللىنىش ئىستىقبالىغا ئىگە.
ھازىر بۇ تېخنىكا دەسلەپكى باسقۇچتا تۇرماقتا. ئېلېكتروخىمىيىلىك ئۇسۇل ئارقىلىق گرافىتلاشتۇرۇش توغرىسىدا تەتقىقاتلار ئاز، ھەمدە يەنىلا نۇرغۇن نامەلۇم جەريانلار بار. شۇڭا، خام ئەشيادىن باشلاپ، ھەر خىل ئامورف كاربونلار ئۈستىدە ئومۇميۈزلۈك ۋە سىستېمىلىق تەتقىقات ئېلىپ بېرىش، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، گرافىتنىڭ ئۆزگىرىشىنىڭ تېرمودىنامىكىسى ۋە دىنامىكىسىنى تېخىمۇ چوڭقۇر قاتلامدا تەكشۈرۈش كېرەك.
بۇلار گرافىت سانائىتىنىڭ كەلگۈسى تەرەققىياتى ئۈچۈن كەڭ دائىرىلىك ئەھمىيەتكە ئىگە.
ئېلان قىلىنغان ۋاقىت: 2021-يىلى 5-ئاينىڭ 10-كۈنى