钠及氟盐对铝电解槽中炭阴极石墨化过程的催化作用

模拟铝电解槽炭阴极低温石墨化过程，研究了NaF、Na3AlF6、Na2CO3和直流电对炭阴极的石墨化过程的催化作用。     

催化石墨化

目前用于石墨化催化剂的多是Fe_2O_3和SiO_2。这里简单谈谈催化石墨化的金属熔解理论(通过液态金属的迁移作用)和碳化物转化理论。     

基于密度泛函理论的石墨化金属催化剂筛选

石墨化可以提升石墨结构稳定性、降低石墨制品电阻率,是制备低电阻石墨的关键工序。石墨化催化剂能够有效地促进石墨化过程、降低石墨化过程能耗,筛选高效低成本的石墨化催化剂具有十分重要的意义。本文通过密度泛函理论计算了过渡金属、稀土金属与碳原子不同键合方式下的解离能,分析得出Fe、Ti等过渡金属及La、Ce和Pr等稀土金属能够催化石墨化,其中稀土金属La和Pr催化效果更为显著;通过计算YC_n(n=3～6)和LaC_n(n=3～20)团簇稳定能量,建立稀土金属-碳团簇稳定模型,分析稀土金属催化机理。研究表明,稀土金属倾向于与碳原子结合为类石墨片层团簇并与边缘碳原子相结合,催化石墨化。     

外加磁场下C／C复合材料的Fe—Ni催化石墨化以及性能研究

在Fe—Ni存在下,外加磁场不但可以提高酚醛树脂炭的石墨化度而且对新生成的石墨层也具有很好的导向作用。实验以短切雕N基碳纤维为增强体,酚醛树脂为基体碳源,采用液相浸渍的方法制备c／c复合材料。主要研究了外加磁场对c／c复合材料的Fe—Ni催化石墨化、电性能和力学性能的影响。结果表明,磁场作用下对含有铁磁性催化剂Fe—Ni的C／C复合材料的石墨化具有较好的改善作用;C／C复合材料的石墨化度越高其电阻率越低,并且电阻率在不同的磁场方向上呈现出了显著的差异性,平行于磁场方向上比垂直方向上的电阻率更低;但是,随着复合材料石墨化度的提高其抗压强度发生显著的降低。     

石墨化技术的研究进展及展望

石墨化是使炭质材料结构发生改变,使其具有耐高温性、导电性、润滑性和化学稳定性等优良性质,实现炭质资源高附加值化和高效利用的一种有效途径。通过对比分析催化石墨法、化学气相沉积法、微波加热法和高温高压法等传统石墨化方法的优缺点,详细介绍了利用熔盐电解制备高结晶度石墨的新兴石墨化方法,并对具有前景的石墨化方法进行了展望。目前工业石墨化方法具有能耗高、污染大、对炭材料具有选择性和产品纯度受限等缺点,因此克服上述缺点,实现大规模、高纯度、低成本、低污染的石墨化技术是未来的发展趋势。     

碳纤维高温热处理技术进展

从高温热处理技术方面介绍了碳纤维在石墨化过程中微观结构的变化和宏观力学性能的改变。综述了高温、热牵伸、催化、压力、渗碳、外加磁场等条件在碳纤维石墨化过程中的研究与进展,并对高性能石墨纤维的制造技术和研究发展进行了展望。指出优化石墨化条件、创新制造工艺、降低生产成本、进一步提高石墨纤维的性能将成为今后研究的重点和发展方向。     

聚丙烯腈基碳纤维高温石墨化综述

针对高模量碳纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终碳纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模碳纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处理有利于保持纤维的高强度特性,该工业化技术具有发展潜力;1 800℃前后纤维密度为先降后升;随着纤维对石墨晶体结构逐渐完善,层间距减少,模量提高;催化石墨化以及强磁场或射线处理可促使纤维石墨晶体结构的完善,但不易工业化实施;石墨化过程中适施应力是一项保持纤维强度和提高模量的有效措施。     

中间相碳/Co复合微球的制备

以煤沥青和乙酸钴为原料进行热缩聚反应，以吡啶为溶剂，分离制备出大小为20μm左右的中间相碳／Co复合微球，并研究了钴含量和热处理温度对复合微球结构的影响。研究结果表明，随着原料中乙酸钴含量的增加，制备出的复合微球钴含量增加。复合微球的X衍射图显示出明显的石墨碳和金属钴的衍射峰，2500℃石墨化后，复合微球中的钴仍能稳定存在。热处理过程中复合微球中钴对碳的石墨化有催化作用，钴含量越大，这种催化石墨化作用越明显。复合微球的TEM照片显示微球中钴颗粒大小为10～40nm，颗粒均匀分布在中间相碳基质中。     

葡萄糖水热碳化催化热处理制备石墨微球

以葡萄糖为碳源、聚丙烯酸钠为分散剂、硝酸镍为催化剂的前驱体,采用水热碳化法一步制备了负载有Ni O催化剂的碳微球,再在氩气气氛下催化热处理制备了平均粒径约2μm的石墨化程度高、球形度及分散性好的石墨微球。研究了催化剂用量、热处理温度以及保温时间对合成石墨微球的影响。结果表明:当催化剂Ni的加入量为1.5%(质量分数)、热处理温度为1 200℃、保温时间为3 h时,所得石墨微球的石墨化程度最高。继续升高热处理温度或延长保温时间,石墨微球的石墨化程度反而降低,其原因可能是过高的温度或者过长的保温时间导致了催化剂的团聚及失活。碳微球的催化石墨化过程由溶解–析出机理决定。此外,石墨微球具有与鳞片石墨几乎相当的抗氧化性能,且远高于碳微球。     

Ni-B催化剂下兰炭焦粉石墨化

兰炭(半焦)是神府地区低磷、低硫、低挥发分煤经低温干馏得到的一种煤化工产品，以兰炭焦粉为原料，研究其催化石墨化过程。采用化学还原法制备的非晶态Ni-B催化剂对脱灰半焦进行石墨化。通过对催化剂的表征得出，制备催化剂时使用溶液浓度不同，所得催化剂形貌不同；w(Ni-B催化剂)=2%,1 000℃产生了部分的石墨化转化，未添加催化剂的样本则无石墨化转化，表明Ni-B是一种有效的兰炭石墨化催化剂；通过对各组石墨化产物的表征分析得出，不同形貌的催化剂催化活性不同；用石墨产物制备泡沫镍压片电极，经测试有较好的电容性能，具有潜在应用价值，为兰炭焦粉的高附加值利用提供了新思路。     

氧化铁 硫 氧化硅和粘土在炭石墨化过程中的催化作用及其在工业应用中的可行性

本文研究了氧化铁、硫、氧化硅和粘土等对炭制品石墨化的催化作用,探讨了上述物质的催化机理以及它们对制品理化性能的影响和工业应用的可行性。发现这些物质列碳的石墨化均具有一定的催化作用。但由于硫在石墨化过程中会产生“puffing”效应,粘土会使制品内部产生许多微小裂纹,都使制品的体积密度和抗压强度迅速下降;氧化硅在热处理过程中生成碳化硅而不能在较低的温度下挥发逸出,因此,这三种物质作为炭制品石墨化的催化剂应用于工业生产是不可行的。氧化铁不仅对炭制品的石墨化具有很好的催化作用,而且,还可使制品的某些性能得到一定的改善,同时,对硫的“puffing”效应具有理想的抑制效果,是工业生产应用的一种理想的催化剂。氧化硅和氧化铁的混合物在其比例为2:8时,也具有一定的工业应用价值。     

氧化铁 硫 氧化硅和粘土在炭石墨化过程中的催化作用及其在工业应用中的可行性

本文研究了氧化铁、硫、氧化硅和粘土等对炭制品石墨化的催化作用,探讨了上述物质的催化机理以及它们对制品理化性能的影响和工业应用的可行性。发现这些物质列碳的石墨化均具有一定的催化作用。但由于硫在石墨化过程中会产生“puffing”效应,粘土会使制品内部产生许多微小裂纹,都使制品的体积密度和抗压强度迅速下降;氧化硅在热处理过程中生成碳化硅而不能在较低的温度下挥发逸出,因此,这三种物质作为炭制品石墨化的催化剂应用于工业生产是不可行的。氧化铁不仅对炭制品的石墨化具有很好的催化作用,而且,还可使制品的某些性能得到一定的改善,同时,对硫的“puffing”效应具有理想的抑制效果,是工业生产应用的一种理想的催化剂。氧化硅和氧化铁的混合物在其比例为2:8时,也具有一定的工业应用价值。     

文摘

聚丙烯腑基碳纤维高温石墨化综述[刊,中],卢天豪。陆文睛。童元建//高科技纤维与应用,2013,38（3）：46-53．74针对高模量炭纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终炭纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模炭纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处理有利于保持纤维的高强度特性,该工业化技术具有发展潜力：1800℃前后纤维密度为先降后升;随着纤维对石墨晶体结构逐渐完善．层间距减少。模量提高;催化石墨化以及强磁场或射线处理可促使纤维石墨晶体结构的完善,但不易工业化实施：石墨化过程中适施应力是一项保持纤维强度和提高模量的有效措施。     

VO@g-C_3N_4-T高效可见光催化苯羟基化制苯酚

以尿素和乙酰丙酮氧钒为原料,将乙酰丙酮氧钒络合在纳米薄片石墨化氮化碳上,得到系列不同V质量分数的光催化剂(VO@g-C_3N_4-T),将其与石墨化氮化碳(g-C_3N_4)、钒氧化合物负载在石墨化氮化碳上得到的催化剂(VO/g-C_3N_4)进行了催化苯羟基化的性能对比。采用N2吸附-脱附、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)对制备的催化剂进行了表征。考察了所得催化剂可见光下催化苯羟基化制苯酚的性能。结果表明,高比表面积、纳米薄片状的VO@g-C_3N_4-T催化剂具有合适的带差,对可见光下催化苯的C—H活化及羟基化具有较好的催化性能,苯的转化率和苯酚选择性分别可以达到98.4%、91.1%。由于石墨化氮化碳和钒具有较强的相互作用,减少了钒的溶脱,所以该催化剂具有很好的可重复使用性,连续使用5次后,苯的转化率和苯酚的选择性仍然可以达到97.1%和91.0%。     

交替电解促进PAN基炭纤维的催化石墨化

介绍了一种简单的在硼酸和氯化镍溶液中交替电解的方法来促进PAN基炭纤维的催化石墨化,并考察了热处理温度和电解液中氯化镍的浓度对PAN基炭纤维催化石墨化的影响.纤维的形貌和结构变化分别采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行表征.结果表明:通过交替电解处理,可以有效地破坏炭纤维的组织结构,并同步实现催化剂硼酸和镍在炭纤维上的分散和沉积.交替电解处理过的炭纤维经2 400℃热处理l h后,其石墨化度明显提高,达到85%,Le为15 nm.     

煤焦油基针状焦晶胀抑制剂

各种不同晶胀抑制剂的效率用以煤焦油基针状焦为骨料的炭制品作了系统的研究,加入镍和钴的氧化物可减少晶胀。由于这些氧化物具有催化炭化能力,故加入后还可提高石墨化模压块的体积密度。在石墨化过程中未发现硫化物,这表明晶胀的抑制不一定是焦炭中金属与硫的反应引起的。针状焦和有效晶胀抑制剂混合,其层间距在石墨化过程中大大减小。晶胀抑制剂的作用看来是改变气体逸出和炭制品软化之间的时间匹配。     

VO@g?C3N4-T可见光催化苯羟基化制苯酚

以尿素和乙酰丙酮氧钒为原料制备了钒氧化合物络合在纳米薄片石墨化氮化碳上的光催化剂(VO@g?C3N4-T),并与石墨化氮化碳（g?C3N4）、钒氧化合物负载在石墨化氮化碳上催化剂（VO/g?C3N4）进行了对比。采用N2吸附、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱（EDS）、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)分析手段对制备的催化剂进行了表征。考察了所得催化剂可见光催化苯羟基化制 苯酚的性能。结果表明,高比表面积、纳米薄片状的VO@g?C3N4-T催化剂具有合适的带差,导致可见光催化苯的C-H键活化及羟基化具有较好的催化性能,转化率和选择性可以达到98.4%、91.1%。由于石墨化氮化碳和钒具有较强的相互作用,这减少了钒的溶脱,所以该催化剂具有很好的可重复使用性,连续使用五次后,苯的转化率和苯酚的选择性没有明显降低。     

半焦基多孔石墨化炭可控制备及其吸附性能研究

作为烟煤中低温干馏的产物,半焦具有含碳量高、化学活性及电阻率高等特点,开发利用半焦材料的应用新技术,对于低阶煤提质增效具有重要意义。本文以神府半焦为原料,通过催化活化技术实现半焦的初步扩孔,进而采用水热浸渍法将催化剂(硝酸铁)与炭基体充分接触融合,并通过石墨化技术实现多孔石墨化炭的制备。利用XRD、Raman、BET等手段分析多孔石墨化炭的晶体结构和孔隙结构,并以其作为吸附剂研究其碘吸附性能。结果表明:当混合催化剂中Fe∶Ca原子比为4∶1时,所得活化半焦比表面积最大,可达470.32 m~2·g~(-1);通过进一步催化石墨化制得的多孔石墨化炭,其比表面积提高至795.41 m~2·g~(-1),且以微孔为主,当以其为吸附剂时,碘吸附值可达650.66 mg·g~(-1)。半焦基石墨化炭优异的吸附性能为半焦的增值利用提供了新的方向。     

石墨烯在催化加氢领域研究进展

介绍了石墨烯在催化加氢方向的研究进展,主要从石墨烯的制备与表征,石墨烯、官能团化石墨烯和掺杂石墨烯等用于催化加氢反应,以及对石墨烯催化加氢领域的几个关键问题石墨烯稳定性、金属负载位点、金属尺寸控制、石墨烯比表面积等进行了讨论。     

石墨炔氧还原催化剂的合成及应用

碳基材料一直被认为是替代贵金属氧还原反应(ORR)催化剂的最有潜力的材料。其中，石墨炔作为一种新的碳同素异形体，由于同时具有sp和sp²杂化的碳原子以及单原子层厚度的二维平面结构，因此在具有碳基材料固有的导电性和稳定性的同时，石墨炔基材料表现出更高的本征电化学活性。本文综述了目前用于电化学氧还原催化的各种石墨炔基催化材料合成的最新进展和成果，并从其电子结构和催化活性等角度分析了石墨炔基碳材料在氧还原催化应用方面的优势。最后，对石墨炔基碳材料在电化学氧还原催化方面研究的前景和面临的挑战进行了概述，为实现高质量石墨炔基无机非金属氧还原催化剂的设计合成提供了新的思路。