作為21世紀(jì)的新興碳納米材料,石墨烯具有十分優(yōu)異的性能,在眾多領(lǐng)域中都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。煤是儲(chǔ)量最豐富、價(jià)格最低廉的碳源,且具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成。將煤用于石墨烯等新型碳質(zhì)材料及其復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,是一項(xiàng)值得深入探索的工作。煤基石墨烯的發(fā)展既能促進(jìn)煤的潔凈利用也能提升煤炭資源的附加值。通過(guò)綜述分析煤結(jié)構(gòu)研究、煤石墨化機(jī)理以及煤基石墨烯研究與制備等方面的發(fā)展概況,并提出煤基石墨烯研究的現(xiàn)存問(wèn)題和未來(lái)展望。認(rèn)為,目前以煤為碳源制備石墨烯及其衍生物的研究尚屬于起步階段,研究的重點(diǎn)是在優(yōu)化產(chǎn)品制備和性能的方面上,有關(guān)煤巖特性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的研究較少。原料煤的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成的差異最終會(huì)影響煤基石墨烯產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能,而煤的結(jié)構(gòu)演變受地質(zhì)因素影響顯著。因此,未來(lái)煤基石墨烯的發(fā)展應(yīng)該加強(qiáng)地質(zhì)作用下的煤原始結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成對(duì)煤基石墨烯產(chǎn)品的影響研究,進(jìn)而為加快煤基石墨烯研究和提高煤的清潔高效利用提供理論支撐。 

【文章來(lái)源】：煤田地質(zhì)與勘探. 2020,48(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)

【部分圖文】：

石墨化階段高分辨電子顯微鏡照片[61]

R.E.Franklin[62]用X射線衍射法對(duì)多種碳材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)無(wú)煙煤碳原子層面具有擇優(yōu)取向性，在2 000℃以下，結(jié)構(gòu)致密，氣孔細(xì)小，宏觀性能類似于硬碳。但在2 500℃以上進(jìn)行處理之后，其層間距(d0 0 2)迅速縮小，接近理想石墨(d0 0 2=0.335 4 nm)，是可石墨化的，其性能又類似于軟碳。A.Oberlin等[63]用高分辨率透射電鏡(HRTEM)做了進(jìn)一步的研究，認(rèn)為無(wú)煙煤之所以能在高溫(2 500℃以上)下石墨化，是因?yàn)闊o(wú)煙煤碳原子層面之間的超微孔呈扁平狀，高溫處理時(shí)氣孔結(jié)構(gòu)被破壞，超微孔消失，碳層間距縮小，從而完成石墨化過(guò)程。雖然石墨化無(wú)煙煤晶粒中的碳層間距已經(jīng)接近理想石墨，但其晶粒高度Lc與石墨相比，還相差很大[64]，這就是石墨化煤與一般軟碳石墨的不同之處。C.Blanche[65]用透射電子顯微鏡對(duì)多種無(wú)煙煤進(jìn)行研究，認(rèn)為可將無(wú)煙煤中的顯微結(jié)構(gòu)劃分為5種類型(圖2)。其中，顯微結(jié)構(gòu)類型1不利于石墨化，顯微結(jié)構(gòu)類型5有利于石墨化。3 石墨烯特征及制備技術(shù)

R.E.Franklin[62]用X射線衍射法對(duì)多種碳材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)無(wú)煙煤碳原子層面具有擇優(yōu)取向性，在2 000℃以下，結(jié)構(gòu)致密，氣孔細(xì)小，宏觀性能類似于硬碳。但在2 500℃以上進(jìn)行處理之后，其層間距(d0 0 2)迅速縮小，接近理想石墨(d0 0 2=0.335 4 nm)，是可石墨化的，其性能又類似于軟碳。A.Oberlin等[63]用高分辨率透射電鏡(HRTEM)做了進(jìn)一步的研究，認(rèn)為無(wú)煙煤之所以能在高溫(2 500℃以上)下石墨化，是因?yàn)闊o(wú)煙煤碳原子層面之間的超微孔呈扁平狀，高溫處理時(shí)氣孔結(jié)構(gòu)被破壞，超微孔消失，碳層間距縮小，從而完成石墨化過(guò)程。雖然石墨化無(wú)煙煤晶粒中的碳層間距已經(jīng)接近理想石墨，但其晶粒高度Lc與石墨相比，還相差很大[64]，這就是石墨化煤與一般軟碳石墨的不同之處。C.Blanche[65]用透射電子顯微鏡對(duì)多種無(wú)煙煤進(jìn)行研究，認(rèn)為可將無(wú)煙煤中的顯微結(jié)構(gòu)劃分為5種類型(圖2)。其中，顯微結(jié)構(gòu)類型1不利于石墨化，顯微結(jié)構(gòu)類型5有利于石墨化。3 石墨烯特征及制備技術(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]湖南魯塘煤系石墨礦區(qū)構(gòu)造格局及控礦機(jī)制[J]. 王路,彭?yè)P(yáng)文,曹代勇,丁正云,莫佳峰.  煤田地質(zhì)與勘探. 2020(01)
[4]高煤級(jí)煤—隱晶質(zhì)石墨的Raman光譜表征及結(jié)構(gòu)演化[J]. 李煥同,王楠,朱志蓉,范晶晶,張衛(wèi)國(guó).  煤田地質(zhì)與勘探. 2020(01)
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博士論文
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[2]煤基石墨烯的制備、修飾及應(yīng)用研究[D]. 張亞婷.西安科技大學(xué) 2015

碩士論文
[1]煤炭超高溫制備石墨工藝及其設(shè)備研究[D]. 楊家慶.西安科技大學(xué) 2015
[2]CVD石墨烯制備及其電學(xué)性質(zhì)的研究[D]. 湯春苗.哈爾濱理工大學(xué) 2015
[3]煤的大分子結(jié)構(gòu)研究——煤中惰質(zhì)組結(jié)構(gòu)及煤中氧的賦存形態(tài)[D]. 羅隕飛.煤炭科學(xué)研究總院 2002



本文編號(hào)：3274318