ग्रेफाइट को कृत्रिम ग्रेफाइट और प्राकृतिक ग्रेफाइट में विभाजित किया गया है, दुनिया में प्राकृतिक ग्रेफाइट के सिद्ध भंडार लगभग 2 अरब टन हैं।
कृत्रिम ग्रेफाइट सामान्य दाब के अंतर्गत कार्बन युक्त पदार्थों के अपघटन और ऊष्मा उपचार द्वारा प्राप्त किया जाता है। इस परिवर्तन के लिए पर्याप्त उच्च तापमान और ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे अव्यवस्थित संरचना एक व्यवस्थित ग्रेफाइट क्रिस्टल संरचना में परिवर्तित हो जाती है।
व्यापक अर्थ में, ग्राफिटाइजेशन कार्बनयुक्त पदार्थों में 2000 ℃ से अधिक उच्च तापमान पर ऊष्मा उपचार द्वारा कार्बन परमाणुओं के पुनर्व्यवस्थापन को कहते हैं। हालांकि, कुछ कार्बन पदार्थ 3000 ℃ से अधिक उच्च तापमान पर भी ग्राफिटाइज हो जाते हैं। इस प्रकार के कार्बन पदार्थों को "कठोर कोयला" के रूप में जाना जाता है। आसानी से ग्राफिटाइज होने वाले कार्बन पदार्थों के लिए, पारंपरिक ग्राफिटाइजेशन विधियों में उच्च तापमान और उच्च दबाव विधि, उत्प्रेरक ग्राफिटाइजेशन, रासायनिक वाष्प निक्षेपण विधि आदि शामिल हैं।
कार्बनयुक्त पदार्थों के उच्च मूल्यवर्धन हेतु ग्राफिटाइजेशन एक प्रभावी विधि है। विद्वानों द्वारा किए गए व्यापक और गहन शोध के बाद, यह विधि अब काफी विकसित हो चुकी है। हालांकि, कुछ प्रतिकूल कारक उद्योग में पारंपरिक ग्राफिटाइजेशन के अनुप्रयोग को सीमित करते हैं, इसलिए नई ग्राफिटाइजेशन विधियों की खोज करना एक अपरिहार्य प्रवृत्ति है।
पिघले हुए लवणों की विद्युत अपघटन विधि का 19वीं शताब्दी से लेकर एक शताब्दी से अधिक समय तक विकास हुआ है, इसके मूल सिद्धांत और नई विधियों में निरंतर नवाचार और विकास होता रहा है, अब यह केवल पारंपरिक धातुकर्म उद्योग तक ही सीमित नहीं है, 21वीं शताब्दी की शुरुआत में, पिघले हुए लवणों की प्रणाली में ठोस ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलाइटिक अपचयन द्वारा मौलिक धातुओं की तैयारी अधिक सक्रिय रूप से ध्यान का केंद्र बन गई है।
हाल ही में, पिघले हुए नमक के विद्युत अपघटन द्वारा ग्रेफाइट सामग्री तैयार करने की एक नई विधि ने काफी ध्यान आकर्षित किया है।
कैथोडिक ध्रुवीकरण और इलेक्ट्रोडिपोजिशन के माध्यम से, कार्बन कच्चे माल के दो अलग-अलग रूपों को उच्च मूल्य वाले नैनो-ग्रेफाइट पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है। पारंपरिक ग्रेफाइटीकरण तकनीक की तुलना में, नई ग्रेफाइटीकरण विधि में कम ग्रेफाइटीकरण तापमान और नियंत्रणीय आकारिकी के लाभ हैं।
यह शोधपत्र विद्युत रासायनिक विधि द्वारा ग्राफिटाइजेशन की प्रगति की समीक्षा करता है, इस नई तकनीक का परिचय देता है, इसके फायदे और नुकसान का विश्लेषण करता है, और इसके भविष्य के विकास के रुझान का अनुमान लगाता है।
प्रथम, पिघले हुए नमक इलेक्ट्रोलाइटिक कैथोड ध्रुवीकरण विधि
1.1 कच्चा माल
वर्तमान में, कृत्रिम ग्रेफाइट का मुख्य कच्चा माल उच्च ग्रेफाइटीकरण डिग्री वाला नीडल कोक और पिच कोक है, अर्थात् तेल अवशेष और कोल टार को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन पदार्थ का उत्पादन किया जाता है, जिसमें कम सरंध्रता, कम सल्फर, कम राख की मात्रा और ग्रेफाइटीकरण के फायदे होते हैं, ग्रेफाइट में परिवर्तित होने के बाद इसमें प्रभाव के प्रति अच्छा प्रतिरोध, उच्च यांत्रिक शक्ति और कम प्रतिरोधकता होती है।
हालांकि, सीमित तेल भंडार और तेल की कीमतों में उतार-चढ़ाव ने इसके विकास को बाधित किया है, इसलिए नए कच्चे माल की खोज एक ऐसी समस्या बन गई है जिसका समाधान करना अत्यंत आवश्यक है।
पारंपरिक ग्राफिटाइजेशन विधियों की कुछ सीमाएँ हैं, और विभिन्न ग्राफिटाइजेशन विधियों में अलग-अलग कच्चे माल का उपयोग होता है। गैर-ग्राफिटाइज्ड कार्बन के लिए, पारंपरिक विधियों से ग्राफिटाइजेशन लगभग असंभव है, जबकि पिघले हुए नमक के विद्युत अपघटन का विद्युत रासायनिक सूत्र कच्चे माल की सीमा को तोड़ता है, और लगभग सभी पारंपरिक कार्बन सामग्रियों के लिए उपयुक्त है।
परंपरागत कार्बन सामग्रियों में कार्बन ब्लैक, सक्रिय कार्बन, कोयला आदि शामिल हैं, जिनमें से कोयला सबसे आशाजनक है। कोयला आधारित स्याही में कोयले को पूर्ववर्ती पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है और पूर्व-उपचार के बाद उच्च तापमान पर ग्रेफाइट उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है।
हाल ही में, इस शोध पत्र में पेंग जैसी नई विद्युत रासायनिक विधियों का प्रस्ताव दिया गया है, जिसमें पिघले हुए नमक के विद्युत अपघटन द्वारा कार्बन ब्लैक को उच्च क्रिस्टलीयता वाले ग्रेफाइट में परिवर्तित करना संभव नहीं है। पंखुड़ी के आकार के नैनोमीटर ग्रेफाइट चिप्स वाले ग्रेफाइट नमूनों के विद्युत अपघटन में उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है, और लिथियम बैटरी कैथोड के लिए उपयोग किए जाने पर यह प्राकृतिक ग्रेफाइट की तुलना में उत्कृष्ट विद्युत रासायनिक प्रदर्शन दिखाता है।
झू और अन्य ने राख रहित उपचारित निम्न-गुणवत्ता वाले कोयले को 950 ℃ पर विद्युत अपघटन के लिए CaCl2 पिघले हुए नमक प्रणाली में डाला, और सफलतापूर्वक निम्न-गुणवत्ता वाले कोयले को उच्च क्रिस्टलीयता वाले ग्रेफाइट में परिवर्तित कर दिया, जिसने लिथियम आयन बैटरी के एनोड के रूप में उपयोग किए जाने पर अच्छा दर प्रदर्शन और लंबा चक्र जीवन दिखाया।
इस प्रयोग से पता चलता है कि पिघले हुए नमक के विद्युत अपघटन के माध्यम से विभिन्न प्रकार के पारंपरिक कार्बन पदार्थों को ग्रेफाइट में परिवर्तित करना संभव है, जो भविष्य के कृत्रिम ग्रेफाइट के लिए एक नया मार्ग खोलता है।
1.2 की क्रियाविधि
पिघले हुए लवण के विद्युत अपघटन की विधि में कार्बन पदार्थ को कैथोड के रूप में उपयोग किया जाता है और कैथोडिक ध्रुवीकरण के माध्यम से इसे उच्च क्रिस्टलीयता वाले ग्रेफाइट में परिवर्तित किया जाता है। वर्तमान में, उपलब्ध साहित्य में कैथोडिक ध्रुवीकरण की विभव रूपांतरण प्रक्रिया में ऑक्सीजन के निष्कासन और कार्बन परमाणुओं के दीर्घ-दूरस्थ पुनर्व्यवस्थापन का उल्लेख है।
कार्बन पदार्थों में ऑक्सीजन की उपस्थिति कुछ हद तक ग्राफिटाइजेशन को बाधित करती है। पारंपरिक ग्राफिटाइजेशन प्रक्रिया में, 1600K से अधिक तापमान पर ऑक्सीजन धीरे-धीरे हट जाती है। हालांकि, कैथोडिक ध्रुवीकरण के माध्यम से ऑक्सीजन को हटाना अत्यंत सुविधाजनक है।
पेंग आदि ने प्रयोगों में पहली बार पिघले हुए नमक के विद्युत अपघटन कैथोडिक ध्रुवीकरण क्षमता तंत्र को प्रतिपादित किया, अर्थात् ग्रेफाइटीकरण की शुरुआत ज्यादातर ठोस कार्बन माइक्रोस्फीयर/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस में होती है, पहले कार्बन माइक्रोस्फीयर एक समान व्यास के मूल ग्रेफाइट खोल के चारों ओर बनता है, और फिर कभी स्थिर न होने वाले निर्जल कार्बन परमाणु अधिक स्थिर बाहरी ग्रेफाइट परत में फैलते हैं, जब तक कि पूरी तरह से ग्रेफाइटीकृत न हो जाए।
ग्राफिटाइजेशन की प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन का निष्कासन होता है, जिसकी पुष्टि प्रयोगों द्वारा भी की गई है।
जिन एट अल. ने प्रयोगों के माध्यम से भी इस दृष्टिकोण को सिद्ध किया। ग्लूकोज के कार्बनीकरण के बाद, ग्राफिटाइजेशन (17% ऑक्सीजन सामग्री) किया गया। ग्राफिटाइजेशन के बाद, मूल ठोस कार्बन गोले (चित्र 1a और 1c) ने ग्रेफाइट नैनोशीट्स से बना एक छिद्रपूर्ण आवरण (चित्र 1b और 1d) बनाया।
कार्बन फाइबर के विद्युत अपघटन (16% ऑक्सीजन) द्वारा, साहित्य में वर्णित रूपांतरण प्रक्रिया के अनुसार ग्रेफाइटीकरण के बाद कार्बन फाइबर को ग्रेफाइट ट्यूबों में परिवर्तित किया जा सकता है।
ऐसा माना जाता है कि लंबी दूरी की गति कार्बन परमाणुओं के कैथोडिक ध्रुवीकरण के तहत होती है, जिसमें उच्च क्रिस्टल ग्रेफाइट से अनाकार कार्बन में पुनर्व्यवस्था की प्रक्रिया आवश्यक होती है। संश्लेषित ग्रेफाइट की अद्वितीय पंखुड़ी के आकार की नैनोसंरचनाएं ऑक्सीजन परमाणुओं से लाभान्वित होती हैं, लेकिन ग्रेफाइट की नैनोमीटर संरचना को यह कैसे प्रभावित करता है, यह स्पष्ट नहीं है, जैसे कि कार्बन कंकाल से ऑक्सीजन कैथोड प्रतिक्रिया के बाद कैसे प्रतिक्रिया करता है, आदि।
फिलहाल, इस क्रियाविधि पर शोध अभी प्रारंभिक चरण में है और आगे शोध की आवश्यकता है।
1.3 संश्लेषित ग्रेफाइट का आकारिकी लक्षण वर्णन
एसईएम का उपयोग ग्रेफाइट की सूक्ष्म सतह आकृति विज्ञान का अवलोकन करने के लिए किया जाता है, टीईएम का उपयोग 0.2 μm से कम की संरचनात्मक आकृति विज्ञान का अवलोकन करने के लिए किया जाता है, एक्सआरडी और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी ग्रेफाइट की सूक्ष्म संरचना को चिह्नित करने के लिए सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले साधन हैं, एक्सआरडी का उपयोग ग्रेफाइट की क्रिस्टल जानकारी को चिह्नित करने के लिए किया जाता है, और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग ग्रेफाइट के दोषों और क्रम की डिग्री को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।
पिघले हुए लवणों के कैथोड ध्रुवीकरण द्वारा विद्युत अपघटन से तैयार ग्रेफाइट में अनेक छिद्र होते हैं। कार्बन ब्लैक जैसे विभिन्न कच्चे माल के विद्युत अपघटन से पंखुड़ीनुमा छिद्रयुक्त नैनोसंरचनाएँ प्राप्त होती हैं। विद्युत अपघटन के बाद कार्बन ब्लैक पर एक्सआरडी और रमन स्पेक्ट्रम विश्लेषण किया जाता है।
827 ℃ पर, 2.6 V वोल्टेज से 1 घंटे तक उपचारित करने के बाद, कार्बन ब्लैक की रमन स्पेक्ट्रल छवि व्यावसायिक ग्रेफाइट के लगभग समान होती है। कार्बन ब्लैक को विभिन्न तापमानों पर उपचारित करने के बाद, ग्रेफाइट की विशिष्ट पीक (002) मापी जाती है। विवर्तन पीक (002) ग्रेफाइट में एरोमैटिक कार्बन परत के अभिविन्यास की डिग्री को दर्शाती है।
कार्बन की परत जितनी अधिक नुकीली होगी, वह उतनी ही अधिक दिशा में उन्मुख होगी।
झू ने प्रयोग में शुद्ध निम्न गुणवत्ता वाले कोयले को कैथोड के रूप में इस्तेमाल किया, और ग्रेफाइटयुक्त उत्पाद की सूक्ष्म संरचना दानेदार से बड़े ग्रेफाइट संरचना में परिवर्तित हो गई, और उच्च दर संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत ग्रेफाइट की सघन परत भी देखी गई।
रमन स्पेक्ट्रा में, प्रायोगिक परिस्थितियों में परिवर्तन के साथ, ID/Ig मान में भी परिवर्तन आया। जब इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान 950 ℃, इलेक्ट्रोलाइटिक समय 6 घंटे और इलेक्ट्रोलाइटिक वोल्टेज 2.6 V था, तब सबसे कम ID/Ig मान 0.3 था, और D पीक G पीक से काफी नीचे था। साथ ही, 2D पीक की उपस्थिति ने उच्च कोटि की ग्रेफाइट संरचना के निर्माण को भी दर्शाया।
एक्सआरडी छवि में तीव्र (002) विवर्तन शिखर भी निम्न गुणवत्ता वाले कोयले को उच्च क्रिस्टलीयता वाले ग्रेफाइट में सफलतापूर्वक परिवर्तित करने की पुष्टि करता है।
ग्राफिटाइजेशन प्रक्रिया में, तापमान और वोल्टेज में वृद्धि एक सहायक भूमिका निभाएगी, लेकिन बहुत अधिक वोल्टेज ग्रेफाइट की उपज को कम कर देगा, और बहुत अधिक तापमान या बहुत लंबे समय तक ग्राफिटाइजेशन से संसाधनों की बर्बादी होगी, इसलिए विभिन्न कार्बन सामग्रियों के लिए, सबसे उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइटिक स्थितियों का पता लगाना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, और यही मुख्य चुनौती और चुनौती भी है।
पंखुड़ी जैसी इस परतदार नैनोसंरचना में उत्कृष्ट विद्युतरासायनिक गुण हैं। बड़ी संख्या में छिद्रों के कारण आयनों का तेजी से प्रवेश/निकास हो सकता है, जिससे बैटरी आदि के लिए उच्च गुणवत्ता वाले कैथोड पदार्थ प्राप्त होते हैं। इसलिए, विद्युतरासायनिक विधि द्वारा ग्राफिटाइजेशन एक अत्यंत संभावित ग्राफिटाइजेशन विधि है।
पिघले हुए नमक इलेक्ट्रोडिपोजिशन विधि
2.1 कार्बन डाइऑक्साइड का इलेक्ट्रोडिपोजिशन
सबसे महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैस होने के साथ-साथ, कार्बन डाइऑक्साइड एक गैर-विषाक्त, हानिरहित, सस्ता और आसानी से उपलब्ध नवीकरणीय संसाधन भी है। हालांकि, कार्बन डाइऑक्साइड में कार्बन उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था में होता है, इसलिए इसकी ऊष्मागतिक स्थिरता बहुत अधिक होती है, जिसके कारण इसका पुन: उपयोग करना कठिन होता है।
CO2 इलेक्ट्रोडिपोजिशन पर सबसे शुरुआती शोध 1960 के दशक में देखा जा सकता है। इंग्राम एट अल. ने Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 के पिघले हुए नमक सिस्टम में सोने के इलेक्ट्रोड पर कार्बन को सफलतापूर्वक तैयार किया।
वैन एट अल. ने बताया कि विभिन्न अपचयन विभवों पर प्राप्त कार्बन पाउडर की संरचनाएं भिन्न-भिन्न थीं, जिनमें ग्रेफाइट, अनाकार कार्बन और कार्बन नैनोफाइबर शामिल थे।
पिघले हुए नमक द्वारा CO2 को ग्रहण करने और कार्बन सामग्री की तैयारी विधि की सफलता के बाद, लंबे समय तक शोध करने वाले विद्वानों ने कार्बन निक्षेपण गठन तंत्र और अंतिम उत्पाद पर विद्युत अपघटन स्थितियों के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है, जिसमें इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान, इलेक्ट्रोलाइटिक वोल्टेज और पिघले हुए नमक और इलेक्ट्रोड की संरचना आदि शामिल हैं, जिससे CO2 के इलेक्ट्रोडिपोजिशन के लिए उच्च प्रदर्शन वाले ग्रेफाइट सामग्री की तैयारी की एक ठोस नींव रखी गई है।
इलेक्ट्रोलाइट को बदलकर और उच्च CO2 कैप्चर दक्षता वाले CaCl2-आधारित पिघले हुए नमक प्रणाली का उपयोग करके, हू एट अल. ने इलेक्ट्रोलाइसिस तापमान, इलेक्ट्रोड संरचना और पिघले हुए नमक संरचना जैसी इलेक्ट्रोलाइटिक स्थितियों का अध्ययन करके उच्च ग्रेफाइटाइजेशन डिग्री वाले ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब और अन्य नैनोग्राफाइट संरचनाओं को सफलतापूर्वक तैयार किया।
कार्बोनेट प्रणाली की तुलना में, CaCl2 सस्ता और आसानी से उपलब्ध होने, उच्च चालकता, पानी में आसानी से घुलने और ऑक्सीजन आयनों की उच्च घुलनशीलता के फायदे हैं, जो CO2 को उच्च मूल्य वर्धित ग्रेफाइट उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए सैद्धांतिक स्थितियां प्रदान करते हैं।
2.2 रूपांतरण तंत्र
पिघले हुए नमक से CO2 के इलेक्ट्रोडिपोजिशन द्वारा उच्च मूल्यवर्धित कार्बन सामग्री की तैयारी में मुख्य रूप से CO2 कैप्चर और अप्रत्यक्ष कमी शामिल है। CO2 का कैप्चर पिघले हुए नमक में मुक्त O2- द्वारा पूरा किया जाता है, जैसा कि समीकरण (1) में दिखाया गया है:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
वर्तमान में, तीन अप्रत्यक्ष अपचयन प्रतिक्रिया तंत्र प्रस्तावित किए गए हैं: एक-चरणीय प्रतिक्रिया, दो-चरणीय प्रतिक्रिया और धातु अपचयन प्रतिक्रिया तंत्र।
एक-चरणीय अभिक्रिया तंत्र का प्रस्ताव सर्वप्रथम इंग्राम द्वारा दिया गया था, जैसा कि समीकरण (2) में दर्शाया गया है:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
दो-चरणीय प्रतिक्रिया तंत्र का प्रस्ताव बोरुका एट अल द्वारा दिया गया था, जैसा कि समीकरण (3-4) में दिखाया गया है:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
धातु अपचयन अभिक्रिया की क्रियाविधि डीनहार्ड्ट एट अल द्वारा प्रस्तावित की गई थी। उनका मानना था कि कैथोड में धातु आयनों को पहले धातु में अपचयित किया जाता है, और फिर धातु को कार्बोनेट आयनों में अपचयित किया जाता है, जैसा कि समीकरण (5~6) में दर्शाया गया है:
एम- + ई – →एम (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
वर्तमान में, एक-चरणीय प्रतिक्रिया तंत्र को प्रचलित साहित्य में आम तौर पर स्वीकार किया जाता है।
यिन एट अल. ने निकल को कैथोड, टिन डाइऑक्साइड को एनोड और चांदी के तार को संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करके ली-ना-के कार्बोनेट प्रणाली का अध्ययन किया और निकल कैथोड पर चित्र 2 (100 mV/s की स्कैनिंग दर) में चक्रीय वोल्टामेट्री परीक्षण आकृति प्राप्त की, और पाया कि नकारात्मक स्कैनिंग में केवल एक कमी शिखर (-2.0V पर) था।
इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि कार्बोनेट के अपचयन के दौरान केवल एक ही अभिक्रिया हुई।
गाओ एट अल. ने उसी कार्बोनेट प्रणाली में समान चक्रीय वोल्टामेट्री प्राप्त की।
जी एट अल. ने LiCl-Li2CO3 प्रणाली में CO2 को पकड़ने के लिए अक्रिय एनोड और टंगस्टन कैथोड का उपयोग किया और समान छवियां प्राप्त कीं, और नकारात्मक स्कैनिंग में केवल कार्बन जमाव का एक कमी शिखर दिखाई दिया।
क्षारीय धातु पिघले हुए लवण प्रणाली में, क्षार धातुएँ और CO उत्पन्न होंगी जबकि कैथोड द्वारा कार्बन का निक्षेपण होगा। हालाँकि, कम तापमान पर कार्बन निक्षेपण अभिक्रिया की ऊष्मागतिकीय परिस्थितियाँ कम होने के कारण, प्रयोग में केवल कार्बोनेट के कार्बन में अपचयन का ही पता लगाया जा सकता है।
2.3 पिघले हुए नमक द्वारा CO2 का अवशोषण करके ग्रेफाइट उत्पाद तैयार करना
ग्रेफाइट नैनोमटेरियल्स जैसे कि ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब को प्रयोगात्मक परिस्थितियों को नियंत्रित करके पिघले हुए नमक से CO2 के इलेक्ट्रोडिपोजिशन द्वारा तैयार किया जा सकता है। हू एट अल. ने CaCl2-NaCl-CaO पिघले हुए नमक प्रणाली में कैथोड के रूप में स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया और विभिन्न तापमानों पर 2.6 V के स्थिर वोल्टेज की स्थिति में 4 घंटे तक इलेक्ट्रोलाइज किया।
लोहे की उत्प्रेरण क्रिया और ग्रेफाइट परतों के बीच CO के विस्फोटक प्रभाव के कारण कैथोड की सतह पर ग्राफीन पाया गया। ग्राफीन की निर्माण प्रक्रिया चित्र 3 में दर्शाई गई है।
चित्र
बाद के अध्ययनों में CaCl2-NaClCaO पिघले हुए नमक प्रणाली के आधार पर Li2SO4 मिलाया गया, विद्युत अपघटन तापमान 625 ℃ था, 4 घंटे के विद्युत अपघटन के बाद, उसी समय कार्बन के कैथोडिक निक्षेपण में ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब पाए गए, अध्ययन में पाया गया कि Li+ और SO4 2- ग्राफिटाइजेशन पर सकारात्मक प्रभाव डालते हैं।
सल्फर को कार्बन बॉडी में सफलतापूर्वक एकीकृत किया जाता है, और इलेक्ट्रोलाइटिक स्थितियों को नियंत्रित करके अति-पतली ग्रेफाइट शीट और रेशेदार कार्बन प्राप्त किया जा सकता है।
ग्राफीन के निर्माण के लिए उच्च और निम्न इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान जैसी सामग्री महत्वपूर्ण होती है। 800 ℃ से अधिक तापमान पर कार्बन के बजाय CO उत्पन्न होने की संभावना अधिक होती है, जबकि 950 ℃ से अधिक तापमान पर कार्बन का निक्षेपण लगभग नहीं होता है। इसलिए, ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब के उत्पादन के लिए तापमान नियंत्रण अत्यंत महत्वपूर्ण है, और कैथोड द्वारा स्थिर ग्राफीन के उत्पादन को सुनिश्चित करने के लिए कार्बन निक्षेपण प्रतिक्रिया और CO प्रतिक्रिया के बीच तालमेल बनाए रखना आवश्यक है।
ये शोध कार्य कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा नैनो-ग्रेफाइट उत्पादों के निर्माण की एक नई विधि प्रदान करते हैं, जो ग्रीनहाउस गैसों के समाधान और ग्राफीन के निर्माण के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
3. सारांश और भविष्य की संभावनाएं
नई ऊर्जा उद्योग के तीव्र विकास के साथ, प्राकृतिक ग्रेफाइट वर्तमान मांग को पूरा करने में असमर्थ रहा है, और कृत्रिम ग्रेफाइट में प्राकृतिक ग्रेफाइट की तुलना में बेहतर भौतिक और रासायनिक गुण हैं, इसलिए सस्ता, कुशल और पर्यावरण के अनुकूल ग्रेफाइटीकरण एक दीर्घकालिक लक्ष्य है।
कैथोडिक ध्रुवीकरण और विद्युत रासायनिक निक्षेपण की विधि द्वारा ठोस और गैसीय कच्चे माल में विद्युत रासायनिक विधि से ग्रेफाइटीकरण के माध्यम से उच्च मूल्य वर्धित ग्रेफाइट सामग्री सफलतापूर्वक प्राप्त की गई। ग्रेफाइटीकरण की पारंपरिक विधि की तुलना में, विद्युत रासायनिक विधि अधिक कुशल, कम ऊर्जा खपत वाली और पर्यावरण के अनुकूल है, साथ ही साथ सीमित मात्रा में चुनिंदा सामग्रियों के लिए ही उपयुक्त है। विभिन्न विद्युत अपघटन स्थितियों के अनुसार, ग्रेफाइट संरचना के विभिन्न आकारिकी प्राप्त किए जा सकते हैं।
यह सभी प्रकार के अनाकार कार्बन और ग्रीनहाउस गैसों को मूल्यवान नैनो-संरचित ग्रेफाइट सामग्री में परिवर्तित करने का एक प्रभावी तरीका प्रदान करता है और इसमें अनुप्रयोग की अच्छी संभावनाएं हैं।
वर्तमान में, यह तकनीक अपने प्रारंभिक चरण में है। विद्युत रासायनिक विधि द्वारा ग्राफ़िटीकरण पर बहुत कम अध्ययन हुए हैं, और अभी भी कई प्रक्रियाएँ अनसुलझी हैं। इसलिए, कच्चे माल से शुरुआत करते हुए विभिन्न अनाकार कार्बनों का व्यापक और व्यवस्थित अध्ययन करना आवश्यक है, और साथ ही ग्राफ़ाइट रूपांतरण के ऊष्मागतिकी और गतिकी का गहन अध्ययन करना भी आवश्यक है।
इनका ग्रेफाइट उद्योग के भविष्य के विकास के लिए दूरगामी महत्व है।
पोस्ट करने का समय: 10 मई 2021