黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

摘要：

石墨烯作为21世纪的战略性新兴材料,因其优异的性能受到广泛关注.研究表明煤可作为石墨烯碳源,并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征,结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类型多样的特点,旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征.采集黔西地区深成叠加热液变质作用6个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用4个煤样,全部利用HCl-HF-HNO3酸洗方法进行处理后得到脱矿煤样,以排除矿物的影响;后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2 800℃高温处理后得到煤基石墨样品;最后利用改进的Hummers氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声剥离、还原处理,得到石墨烯样品;用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的X射线衍射(XRD)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数,用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光谱(Raman)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数,用于观察样品微观表面形貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像.实验及表征结果:透射电镜(TEM)得到的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3～5层的石墨烯层片.X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)得到的相关参数表明煤的变质程度越高,对应的煤基石墨样品石墨化度越高,对应石墨烯样品的微晶结构片层越大、缺陷更少.以X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)测试参数为依据,相对于岩浆热变质作用,深成叠加热液变质背景石墨烯样品的Lc、d002以及峰位差G-D、ID/IG的变化随Ro,max的变化较大;而相对于深成叠加热液变质作用,岩浆热变质背景石墨烯样品的La和La/Lc变化随Ro,max的变化较大;说明在深成叠加热液变质作用背景下,煤的变质程度越高,越易得到堆砌性好、定向排列强、缺陷少的石墨烯样品,而在岩浆热变质作用条件下,煤的变质程度越高,越易获得横向尺寸大、"扁圆"空间形态的石墨烯样品.如今所进行的工作在后续还有拓展研究的空间,岩浆以及无岩浆对煤制石墨烯结构的影响有何不同,或者温度和压力是如何影响煤制石墨烯结构,这些问题需进一步研究以推进煤制石墨烯领域的科学发展.

关键词：石墨烯、微晶结构、黔西地区、寒婆坳地区、变质类型

所属期刊栏目：48

分类号：TQ536.1

资助基金：国家自然科学基金;宁夏回族自治区重点研发计划资助项目;山西省地质勘查基金资助项目

在线出版日期：2023-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：357-372