PL221926B1 - Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu - Google Patents
Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltuInfo
- Publication number
- PL221926B1 PL221926B1 PL397793A PL39779312A PL221926B1 PL 221926 B1 PL221926 B1 PL 221926B1 PL 397793 A PL397793 A PL 397793A PL 39779312 A PL39779312 A PL 39779312A PL 221926 B1 PL221926 B1 PL 221926B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- exfoliation
- graphite
- cobalt chloride
- ultrasound
- intercalation compound
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 29
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims description 26
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims description 26
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 title claims description 20
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 title claims description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims description 14
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 claims description 35
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- -1 graphite compound Chemical class 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu z wykorzystaniem ultradźwięków w trakcie chemicznej eksfoliacji.
Związki interkalacyjne są to związki, które składają się z dwóch głównych elementów: matrycy o budowie warstwowej oraz wprowadzonego do wnętrza matrycy interkalatu (jonów lub cząsteczek). Proces wprowadzania jonów (cząsteczek) do wnętrza matrycy określa się jako proces interkalacji. W przypadku, gdy do otrzymania związku interkalacyjnego posłuży jako matryca grafit, otrzymany związek określany jest jako interkalacyjny związek grafitu (IZG). Spośród pierwiastków, jak też związków chemicznych wykorzystywanych jako interkalaty w procesie interkalacji grafitu wymienić można:
metale alkaliczne (np. Li, K, Rb, Cs), chlorki metali (np. CuCI2, ZnCI2, FeCl3), tlenki metali (np. CrO3IZG, CrO2CI2-IZG) czy kwasy Bransteda (np. HNO3, HCIO4, H2SO4).
Interkalacyjne związki grafitu znalazły szereg zastosowań m.in. do otrzymywania materiałów elektrodowych czy materiałów o właściwościach katalitycznych. Interkalacyjne związki grafitu stanowią także prekursor do otrzymania ekspandowanego grafitu. Proces otrzymywania ekspandowanego grafitu, określany jako proces eksfoliacji, polega na rozkładzie obecnego wewnątrz matrycy grafitowej interkalatu, a następnie jego usunięcia z sieci przestrzennej grafitu. Powstające w trakcie procesu eksfoliacji produkty powodują rozwarstwienie łuski grafitowej wzdłuż osi krystalograficznej c. Na skutek tego rozwarstwienia dochodzi do zwiększenia się objętości płatków grafitowych pełniących wcześniej rolę matrycy. Innym efektem procesu eksfoliacji jest pojawienie się silnego zdefektowania warstw grafenowych. Ekspandowane grafity są to materiały przewodzące, charakteryzujące się małą gęstością oraz dużą porowatością. Właściwości fizykochemiczne ekspandowanego grafitu otrzymywanego po procesie eksfoliacji IZG w dużej mierze zależą od takich czynników jak: rodzaj matrycy grafitowej, rodzaj interkalatu oraz jego rozmieszczenie wewnątrz matrycy grafitowej, metoda oraz sposób przeprowadzenia eksfoliacji. Ekspandowany grafit otrzymuje się poprzez termiczną bądź chemiczną eksfoliację IZG. Niekiedy po procesie eksfoliacji część interkalatu pozostaje wewnątrz struktury grafitu. W takim przypadku uzyskujemy materiał, który można określić jako eksfoliowany interkalacyjny związek grafitu (EIZG). Materiał taki posiada wiele właściwości, m.in. przejawia właściwości charakterystyczne dla eksfoliowanego grafitu takie jak niska gęstość czy zdolności adsorpcyjne, z drugiej strony obecny w defektach i przestrzeniach międzywarstwowych interkalat (lub produkt jego rozkładu) czyni go materiałem katalitycznie aktywnym. Spośród metod eksfoliacji najczęściej stosowana jest metoda termiczna ze względu na szybkość i prostotę. Termiczna metoda polega na zastosowaniu podwyższonej temperatury. Wysokość koniecznej do eksfoliacji temperatury zależy głównie od rodzaju interkalatu. Przykładowo eksfoliacja interkalacyjnego związku grafitu z kwasem siarkowym rozpoczyna się w temp. 190°C, podczas gdy eksfoliacja FeCl3-IZG inicjowana jest przy temperaturze 430°C. Ponadto należy zauważyć, że zastosowanie wyższych temperatur, pomimo wyższych kosztów związanych z większym zużyciem energii, jest konieczne aby otrzymać EG z większą prędkością oraz o dużo wyższym stopniu ekspansji. Jednocześnie trzeba pamiętać, że niektórych IZG takich jak np. NiCI2-IZG czy CoCI2-IZG nie można eksfoliować przy wykorzystaniu metody termicznej.
Inną metodą stosowaną do uzyskania ekspandowanego grafitu jest metoda chemiczna. Eksfoliacja metodą chemiczną przebiega w fazie ciekłej i wymaga zastosowania dodatkowego czynnika utleniającego. Przykładem chemicznej eksfoliacji może być proces eksfoliacji CrO3-IZG. Proces eksfoliacji prowadzi się w 18% wodnym roztworze H2O2 przez okres 4 godzin. W początkowej fazie eksfoliacji proces przebiega stosunkowo wolno i dopiero później szybkość reakcji stopniowo rośnie. W trakcie tego procesu w wyniku reakcji jonów chromu (VI) z H2O2 dochodzi do powstania cząsteczek tlenu, który z kolei wydzielając się powoduje odkształcanie warstw grafenowych w graficie. Metoda chemiczna może być również wykorzystana do eksfoliacji CoCI2-IZG.
Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu, który polega na tym, że interkalacyjny związek grafitu z chlorkiem kobaltu w trakcie chemicznej eksfoliacji w 15-30% wodnym roztworze H2O2 poddaje się cyklicznemu po 15 minut, przez okres co najmniej 1 godziny, działaniu ultradźwięków o częstotliwości w zakresie 20-40 kHz, korzystnie 35 kHz, w temperaturze otoczenia korzystnie 25-30°C, po czym po procesie eksfoliacji otrzymany materiał płucze się i suszy w temperaturze co najmniej 60°C.
Ultradźwięki znajdują zastosowanie do uzyskiwania większej jednorodności próbek, czy też do rozdrabniania materiałów celem uzyskania materiałów o wyższej aktywności czy powierzchni.
PL 221 926 B1
Zastosowanie ultradźwięków jako proces wspomagający proces eksfoliacji do chwili obecnej nie był opisany.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:
• uzyskano eksfoliowany interkalacyjny związek grafitu zawierający na powierzchni matrycy węglowej cząstki tlenków kobaltu, • uzyskano materiał charakteryzujący się niską gęstością, względnie dużą pojemnością absorpcyjną oraz rozwiniętą strukturą porowatą, • skrócono czas otrzymywania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu.
Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony w tabeli, która przedstawia wpływ modyfikacji ultradźwiękami na gęstość nasypową poddanego eksfoliacji CoCI2-IZG.
Zastosowanie ultradźwięków w trakcie procesu chemicznej eksfoliacji CoCI2-IZG pozwala na uzyskanie EIZG już po ok. 1 godzinie, podczas gdy bez wspomagającego działania u ltradźwięków po czasie syntezy równym 1 godzinie uzyskuje się materiał o nieznacznie tylko zdefektowanych krawędziach. W tabeli 1 przedstawione są wartości gęstości nasypowej otrzymanych materiałów. Mniejszą gęstość nasypową, równoznaczną z wyższym stopniem eksfoliacji uzyskano dla związków, których proces eksfoliacji był wspomagany przez ultradźwięki.
Tab. 1 Wpływ modyfikacji ultradźwiękami na gęstość nasypową poddanego eksfoliacji CoCI2- IZG
| Eksfoliacja bez udziału ultradźwięków | Eksfoliacja wspomagana ultradźwiękami | ||
| Czas eksfoliacji [h] | Gęstość nasypowa [g/ml] | Czas eksfoliacji [h] | Gęstość nasypowa [g/ml] |
| 1 | 0,384 | 1 | 0,063 |
| 2 | 0,162 | 2 | 0,043 |
| 3 | 0,154 | 3 | 0,047 |
Sposób wytwarzania eksfoliowanego interklacyjnego związku chlorkiem kobaltu ilustrują poniższe przykładach:
P r z y k ł a d 1
Do kolbki stożkowej wprowadzono 0,5 g CoCI2-IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n=3, a następnie dodano 100 ml 30% H2O2. Całość umieszczono w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki o częstotliwości 20 kHz i o mocy 120W. Następnie prowadzono proces eksfoliacji przez 1 h w temp. 25-30°C. Wspomaganie ultradźwiękami prowadzono cyklicznie po 15 minut, po których wymieniano całą objętość wody w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki, aby zapobiec wzrostowi temperatury. Całkowity czas wymiany wody wynosił za każdym razem 60 sekund. Po procesie eksfoliacji materiał płukano wodą destylowaną, a po odsączeniu suszono w temperaturze 60°C.
P r z y k ł a d 2
Do kolbki stożkowej wprowadzono 0,5 g CoCI2-IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n=3, a następnie dodano 100 ml 15% H2O2. Całość umieszczono w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki o częstotliwości 35 kHz i o mocy 120W. Następnie prowadzono proces eksfoliacji przez 3 h w temp. 25-30°C. Wspomaganie ultradźwiękami prowadzono cyklicznie po 15 minut, po których wymieniano całą objętość wody w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki, aby zapobiec wzrostowi temperatury. Całkowity czas wymiany wody wynosił za każdym razem 60 sekund. Po procesie eksfoliacji materiał płukano wodą destylowaną, a po odsączeniu suszono w temperaturze 60°C.
P r z y k ł a d 3
Do kolbki stożkowej wprowadzono 0,5 g C OCI2-IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n=3, a następnie dodano 100 ml 30% H2O2. Całość umieszczono w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki o częstotliwości 40 kHz i o mocy 120W. Następnie prowadzono proces eksfoliacji przez 3 h w temp. 25-30°C. Wspomaganie ultradźwięk ami prowadzono cyklicznie po 15 minut, po których wymieniano całą objętość wody w urządzeniu wytwarzającym ultradźwięki, aby zapobiec wzrostowi temperatury. Całkowity czas wymiany wody wynosił za każdym razem 60 sekund. Po procesie eksfoliacji materiał płukano wodą destylowaną, a po odsączeniu suszono w temperatu-
Claims (1)
- Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu, znamienny tym, że interkalacyjny związek grafitu z chlorkiem kobaltu w trakcie chemicznej eksfoliacji w 15-30% wodnym roztworze H2O2 poddaje się cyklicznemu po 15 minut, przez okres co najmniej 1 godziny, działaniu ultradźwięków o częstotliwości w zakresie 20-40 kHz, korzystnie 35 kHz, w temperaturze otoczenia korzystnie 25-30°C, po czym po procesie eksfoliacji otrzymany materiał płucze się i suszy w temperaturze co najmniej 60 °C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397793A PL221926B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397793A PL221926B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL397793A1 PL397793A1 (pl) | 2013-07-22 |
| PL221926B1 true PL221926B1 (pl) | 2016-06-30 |
Family
ID=48877636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL397793A PL221926B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania eksfoliowanego interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem kobaltu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL221926B1 (pl) |
-
2012
- 2012-01-13 PL PL397793A patent/PL221926B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL397793A1 (pl) | 2013-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anayee et al. | Kinetics of Ti3AlC2 etching for Ti3C2T x MXene synthesis | |
| Huang et al. | A facile, high‐yield, and freeze‐and‐thaw‐assisted approach to fabricate MXene with plentiful wrinkles and its application in on‐chip micro‐supercapacitors | |
| Ghazaly et al. | Ultrafast, one-step, salt-solution-based acoustic synthesis of Ti3C2 MXene | |
| Zhu et al. | Structural engineering of 2D nanomaterials for energy storage and catalysis | |
| Overbury et al. | Complexity of intercalation in MXenes: destabilization of urea by two-dimensional titanium carbide | |
| Naguib et al. | New two-dimensional niobium and vanadium carbides as promising materials for Li-ion batteries | |
| Zhang et al. | A critical and benchmark comparison on graphene-, carbon nanotube-, and fullerene-semiconductor nanocomposites as visible light photocatalysts for selective oxidation | |
| Naguib et al. | Synthesis of two-dimensional materials by selective extraction | |
| Takagaki et al. | Exfoliated HNb3O8 nanosheets as a strong protonic solid acid | |
| CN104538597B (zh) | 雪花状二氧化钛/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法 | |
| CN104529455B (zh) | 一种二氧化钛/二维层状碳化钛复合材料的低温制备法 | |
| JP6257029B2 (ja) | 三次元グラフェン発泡体及びその製造方法 | |
| CN104891479B (zh) | 植物基类石墨烯及其制备方法 | |
| Venkateshalu et al. | Recent advances in MXenes: beyond Ti-only systems | |
| CN104591176B (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN104495918A (zh) | 颗粒状二氧化钛/二维纳米碳化钛复合材料的制备方法 | |
| CN104944392B (zh) | 一种宏量制备石墨相氮化碳纳米片的方法 | |
| WO2018194696A1 (en) | Microwave system and method for graphene production | |
| Shang et al. | Inflating strategy to form ultrathin hollow MnO2 nanoballoons | |
| Xu et al. | Large-scale production of graphene by microwave synthesis and rapid cooling | |
| Ruiz-García et al. | Toward a green way for the chemical production of supported graphenes using porous solids | |
| CN104549149A (zh) | 一种有效处理高锰酸钾溶液的二维吸附剂碳化钛制备方法 | |
| WO2017156607A1 (pt) | Processo de obtenção de óxido de grafite e de óxido de grafeno, produtos e usos | |
| CN105836742B (zh) | 一种具有三维网络状结构石墨烯的制备方法 | |
| CN102718209A (zh) | 一种基于二价铁离子还原的石墨烯制备方法 |