石墨插層化合物的可控合成及表征.pdf

1、石墨插層化合物種類(lèi)眾多，具有豐富的價(jià)態(tài)和價(jià)電子層構(gòu)型，化學(xué)反應(yīng)及晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型豐富。制備石墨插層化合物探索其生長(zhǎng)機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)階數(shù)及物性的調(diào)控，對(duì)于深入研究結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)聯(lián)、探索石墨插層化合物的一般形成機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)按照人們的意愿設(shè)計(jì)合成功能材料具有重要意義。石墨插層化合物因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)在催化、傳感、光學(xué)、磁學(xué)和電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。發(fā)展石墨插層化合物通用合成方法及形成機(jī)制是當(dāng)前功能納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

2、　　 本論文主要探索了石墨插層化合物(金屬氧化物、金屬氯化物、稀土氧化物和三元金屬氯化物)可控合成工藝，并對(duì)所制備的材料進(jìn)行了詳細(xì)的表征，對(duì)它們的形成機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。主要內(nèi)容歸納如下：
　　 (1) 運(yùn)用化學(xué)法將石墨，鹽酸(12M)和三氧化鉻按一定的比例混合，在常溫常壓下靜置15天，合成了2 階的CrO3-石墨插層化合物。通過(guò)XPS 證實(shí)了在插層化合物中存在CrⅥ化合物。
　　 (2) 運(yùn)用混合法合成了純5階Cr

3、2O3-石墨插層化合物；7階Bi2O3-石墨插層化合物；6、7階混合態(tài)的ZrO2-石墨插層化合物；4、5階混合態(tài)的MoO3-石墨插層化合物；純6階的FeCl3-石墨插層化合物。首次運(yùn)用混合法合成了5階CoCl2-石墨插層化合物；4、5、6階混合態(tài)的PbCl2-石墨插層化合物；5、6階混合態(tài)BiCl3-石墨插層化合物；。在插層化合物中能形成疇，在階次轉(zhuǎn)變過(guò)程中，這些疇發(fā)生部分折疊，形成新的階次狀態(tài)，這些折疊區(qū)域仍保持較高的有序性，并逐漸增

4、大直至形成單一階次的插層化合物。
　　 (3) 首次提出了運(yùn)用水下電弧放電法合成了純7階的FeCl3-石墨插層化合物；純7階的KCl-石墨插層化合物和純6階的NiCl2-石墨插層化合物，它是一種簡(jiǎn)單有效的合成石墨插層化合物的方法。運(yùn)用XRD分析石墨插層化合物。結(jié)果表明，對(duì)網(wǎng)狀層面結(jié)構(gòu)的天然石墨，可以利用物理的方法使一些非碳反應(yīng)物(原子、分子、離子、或粒子團(tuán))插入石墨層間，從而改變石墨的層面結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)物出現(xiàn)新的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。

5、通過(guò)XRD、HRTEM和XPS對(duì)產(chǎn)物相的成份進(jìn)行了分析。針對(duì)不同反應(yīng)階段產(chǎn)物SEM像的觀察，提出了石墨插層化合物的形成機(jī)理。我們認(rèn)為該合成工藝為其它石墨插層化合物的合成也提供了一個(gè)新的研究方向。
　　 (4) 從稀土金屬氧化物的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，首次論述了稀土金屬氧化物-石墨層間化合物的合成及它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)研究稀土金屬氧化物對(duì)GICs 結(jié)構(gòu)及性能的影響，指出了稀土金屬氧化物-石墨層間化合物的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景。本論文給出了最佳

6、的工藝參數(shù)，在加熱速度20-30℃/min，保溫時(shí)間1h，保溫溫度分別為1200℃和2000℃時(shí)合成了5階的CeO2-石墨插層化合物和Eu2O3-石墨插層化合物。
　　 (5) 采用熔鹽法，以NiCl2(CuCl2)與FeCl3的混合物為插層劑合成三元FeCl3-NiCl2(CuCl2)-GICs?？疾炝耸c氯化物的摩爾比、NiCl2(CuCl2)與FeCl3的摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等工藝因素對(duì)產(chǎn)物階結(jié)構(gòu)的影響，探討了Ni

7、Cl2(CuCl2)與FeCl3在石墨層間的插層過(guò)程。研究結(jié)果表明，改變反應(yīng)體系中石墨與氯化物的摩爾比、NiCl2(CuCl2)與FeCl3的摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，可以得到階結(jié)構(gòu)不同的FeCl3-NiCl2(CuCl2)-GICs。當(dāng)石墨與氯化物的摩爾比為4:10(3:10)，NiCl2(CuCl2)與FeCl3的摩爾比為3:7(6:4)，反應(yīng)溫度為450℃(550℃)，反應(yīng)時(shí)間為25h(30h)時(shí)，所得產(chǎn)物分別為一階和二階FeC