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眾多，具有豐富的價態(tài)和價電子層構(gòu)型，化學(xué)反應(yīng)及晶體結(jié)構(gòu)類型豐富。制備石墨插層化合物探索其生長機(jī)制，進(jìn)而實現(xiàn)對階數(shù)及物性的調(diào)控，對于深入研究結(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，最終實現(xiàn)按照人們的意愿設(shè)計合成功能材料具有重要意義。石墨插層化合物因其獨特的物理化學(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)域的熱點與難點。

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，并對所制備的材料進(jìn)行了詳細(xì)的表征，對它們的形成機(jī)理進(jìn)行了簡單的探討。主要內(nèi)容歸納如下：
　　 (1) 運用化學(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XPS 證實了在插層化合物中存在CrⅥ化合物。
　　 (2) 運用混合法合成了純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，它是一種簡單有效的合成石墨插層化合物的方法。運用XRD分析石墨插層化合物。結(jié)果表明，對網(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XRD、HRTEM和XPS對產(chǎn)物相的成份進(jìn)行了分析。針對不同反應(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。通過研究稀土金屬氧化物對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，保溫時間1h，保溫溫度分別為1200℃和2000℃時合成了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。考察了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)時間等工藝因素對產(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)時間為25h(30h)時，所得產(chǎn)物分別為一階和二階FeC