新型膨胀石墨基功能材料的制备及结构与性能研究_岳学庆, 王华, 卢东华著_9787576102093

本书介绍了三种新型膨胀石墨基功能材料, 一是在膨胀石墨中负载光催化剂ZnO, 制备EG/ZnO复合材料 ; 二是对膨胀石墨进行超生波振荡剥离, 制备纳米石墨片 ; 三是对膨胀石墨和金属混合物进行机械球磨, 制备碳/金属复合纳米结构材料。介绍了EG/ZnO对水中有机污染物的吸附与降解性能, 以及纳米石墨片及碳/金属纳米结构材料作为润滑油添加剂的摩擦学性能。

我国是天然石墨（Natural Graphite,简称NG）资源大国（世界上2/3的储量在我国），但关于膨胀石墨（Expanded Graphite，简称EG）的研究却比国外晚许多。EG是一种软质新型碳素材料，它是20世纪70年代首先由美国联合碳化物公司开发，压制成用于高温或防腐蚀介质的密封材料，从此EG成为人们关注的焦点。人们相继发现了EG优良的导电、导磁、超导、储氢、吸附等能：并相应地开发应用于高导材料、超导材料、电池材料、催化剂材料、储氢材料、密封材料、吸附材料等领域。并于1978年将其引入我国，开始了对EG大量的理论与实际应用方面的研究。
1.1EG的制备
众所周知，石墨晶体是一种层状结构，在一个层面内其碳原子以sp2杂化轨道和的三个碳原子形成共价键，并排列成六角网面结构面内是作用很强的o键，结合力为586kJ/mol，在o键的作用下形成稠密而坚固的面，这些面互相重叠成层间结构。石墨层间的结合是借助于x电子的结合力，结合力很弱，只有17kJ/mol，层与层之间碳原子的距离为0.3354nm，较层面上碳原子之间的距离要大二倍多。这种强各向异在其反应中很好地得到反映，即攻击面内结合的那些反应难行，而扩展层间使反应物入的反应（插层）容行。这种层间反应的生成物称为石墨层间化合物（Graphite Intercalation Compounds,简称GIC）。在插层反应是伴随电荷的转移，例如一些插入物（如碱金属、Ca、Sm、K-Hg、KH等入后，石墨层间化合物中的这些物质提供电子（施主），石墨接收电子（受主），这种GIC称为施主型。与之对应，某些插入物（如卤素、MgCl2、AIBrs、CrO5、HNO5、H2SO4、HCIO4、HF)GIC被称为受主型。另外一些插入物，如F（形成氟化石墨）、O（OH）（形成氧化石墨或石墨酸），与石墨共价键结合，这类GIC被称为共价结合型。阶数结构是GIC的特结构，它与插入物的种类及浓度有关，表示插入物将几层石墨层夹在其行叠层。
和其他层状材料类似，即天然硅酸盐（如蛭石）和过渡金属的硫族化物。膨括各层的分离，这种分离足以消除层间的结合力。为了这个目的，插层反应是必需的：加热GIC导致插层物蒸发，产生的气压使材料沿结晶轴方向剧烈膨化。根据加热速率和达到的高温度，膨化可分为可逆的和不可逆的。可逆的如溴-石墨化合物，在冷却过程中，插层物的凝固导致膨化材料的坍塌。如果加热温度超过可逆的温度，高度的膨化使得材料体积可增加300倍1-6句。

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