Модифицированный интеркалированный графит и пенографит на его основе: получение и свойства

ВВЕДЕНИЕ
I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 ГРАФИТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
1.2 КОВАЛЕНТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГРАФИТА
1.3 ИНТЕРКАЛИРОВАПНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГРАФИТА
1.3.1 Бисульфат графита
1.3.2 Нитрат графита
1.3.3 Тройные ИСГ на основе сильных кислот Бренстеда
1.4 ИНТЕРКАЛИРОВАИНЫЙ ГРАФИТ
1.5 ПЕПОГРАФИТ ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА
1.6 МЕТОДЫ ДОПИРОВАНИЯ ПЕНОГРАФИТА СОЕДИНЕНИЯМИ МЕТАЛЛОВ
II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
II. 1 ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
.2 МЕТОДИКИ СИНТЕЗА БИНАРНЫХ И ТРОЙНЫХ ИСГ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПИРОЛИТИЧЕСКОГО ГРАФИТА
П.2.1 Методика синтеза ИСГ в системе И.2.2 Методика синтеза ИСГ в системе II
.3 МЕТОДИКИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИНТЕРКАЛИРОВАННОГО ГРАФИТА И ПЕНОГРАФИТА
.3.1 Методика химического модифицирования интсркалированиого графита
П.3.2 Методика электрохимического модифицирования иптеркалированного графита
.3.3 Методика получения иптеркалированного графита, модифицированного нитратами металлов никеля, кобальта, алюминия
.3.4 Методика получения модифицированного пенографита и пснографита, донированного оксидами металлов
.3.5 Получение пснографита, допированного оксидами металлов, методом пропитки
.3.6 Методика восстановления пенографита, допированного оксидом никеля
.4 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
.4.1 Гравиметрия
.4.2 Определение прироста толщины образцов в процессе интеркалирования
.4.3 Рентгенофазовый анализ 
Н.4.4 Элементный анализ 
.4.5 Ионнообменная жидкостная хроматография 
.4.6 Методика химического анализа для обнаружения катионов металлов в интеркалированном графите, модифицированном МеЫОз,
.4.7 Методика определения содержания оксидов металлов пснографитс
.4.8 Радионуклидная диагностика ТИСГНШзСНзСН 
.4.9 Синхронный термический анализ с анализом исходящих газов 
.4. Низкотемпературная дифференциальная сканирующая калориметрия
.4. Дифференциальная сканирующая калориметрия высокого давления
П.4. Методика определения удельной поверхности пенографита методом низкотемпературной адсорбции азота в динамическом режиме
.4. Методика определения пористой структуры графитовых материалов методом низкотемпературной адсорбции азота
Н.3.9 Определение сорбционной способности пенографита 
II.3. Сканирующая электронная микроскопия и локальный рентгеноспектральный анализ
III РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 
III. 1 СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НОВЫХ ИНТЕРКАЛИРОВАННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА
III. 1.1 Синтез новых ИСГ в системах графитН0.г1 Ь Н, С2Н5ОН, НСООН, СНзСООН, С2Н5СООН
III. 1.2 Синтез новых ИСГ в системах графитНТЮзЬ Ь Н, С2М5ОН, НСООП, СИ3СООИ, С2Н5СООН
III. 1.3 Термические свойства интеркалированных соединений фафита, синтезированных в системах графитНЫОз НЬ
1.2 МОДИФШ ТИРОВАННЫЙ ИНТЕРКАЛИРОВАННЫЙ ГРАФИТ ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА
1.2.1 Получение химическимодифицированного интеркалированиого графита
1.2.2 Получение электрохимическимодифицированного ИГ 
1.2.3 Получение интеркалированиого графита, модифицированного нитратами металлов 1, Со, А
1.2.4 Термические свойства модифицированного ИГ 
1.3 МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ПЕНОГРАФИТ ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА
1.3.1 Получение модифицированного пенографита
1.3.2 Микроструктура модифицированного пенографита
1.3.3 Изучение удельной поверхности, пористой структуры и сорбционной способности модифицированного пенографита
Ш.4 ПЕНОГРАФИТ, ДОПИРОВАННЫЙ ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА
1.4.1 Электрохимическое допирование пенографита оксидами металлов и изучение его свойств
Ш.4.2 Допирование пенографита оксидами металлов методом пропитки
IV ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
V СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


Окисление графита с образованием поверхностных функциональных групп весьма трудоемкий процесс, требующий значительных энергетических затрат и становится возможным при воздействии смесыо концентрированных кислот, таких как ЯАОз, Н0л, ЯСО4 и др. Очевидно, что класс соединений, образующих ковалентные соединения графита, ограничен их окисляющей способностью. ГО нестехиометрический продукт, состоящий из углерода, кислорода и водорода. В году Тиле, исследуя анодное окисление графита в водных растворах солей нитратов натрия и калия, кислот и щелочей, показал, что образование соединений типа оксида графита возможно только при переокислении интеркалированных соединений графита . Этот факт объясняется тем, что для получения ГО необходимо объемное окисление графитовой матрицы, которое возможно только через стадию ИСГ. Первым оксид графита получил Броди реакция 1 в г. Брснстеда и сильного химического окислителя с последующей промывкой водой от избытка реагентов ,. СНМ0ът 7КСЮз Н САООН 7КСтНМу
Межслоевое расстояние в оксиде графита , варьируется в пределах 5,6, А и зависит от степени гидратации в образце, содержащем воды, с1ю достигает , А ,. С2,х5,ЯЯОз с соотношением СО 2 . Электрохимический синтез оксида графита подразумевает анодное окисление графита в концентрированных или водных растворах сильных неорганических кислот. Вода в электролите необходима как источник активного кислорода. В И0л при расходе электричества Клг образуется оксид графита с диэлектрическими свойствами 4,,. Л9 4,. В настоящее время существует две модели строения оксида графита. Первая предполагает, что, несмотря на образование двойных связей СС, гидроксильных и кетонных групп, в оксиде графита сохраняется зр2 гибридизации слоев и дальний порядок вдоль оси с . В рамках этой модели реализуется кетоэнольная таутомерия рис. Рис. Кетоэнольная модель строения оксида графита 4. Более поздняя модель постулирует 5р3 связи между соседними углеродными слоями, направленные перпендикулярно базисной плоскости, и взаимодействие между соседними слоями посредством карбонильных и гидроксильных групп . Оксид графита обладает довольно интересными свойствами. Благодаря слоистой структуре и значительному количеству поверхностных кислородсодержащих групп, он способен адсорбировать полярные жидкости диоксан, эфир и уксусную кислоту и др. А до 8,5 А ,. Благодаря ассоциации заряда на тонких пленках оксида графита, нанесенных на проводящую подложку, они демонстрируют адсорбционные способности мостиковый эффект катионов может как увеличивать, так и подавлять активность аскорбиновой кислоты . Согласно данным при нагревании оксида графита до критической температуры С в зависимости от способа получения наблюдается воспламенение образца, которое отвечает внутреннему сгоранию кислородсодержащих групп, сопровождается выделением тепла и гготерей массы до . Термическое разложение оксида графита происходит с выделением , СО, С, причем состав газовой фазы зависит от скорости нагрева и в некоторых случаях происходит выделение кислорода. Многочисленность ИСГ обусловлена амфогерностью графита и низким значеггиям потенциального барьера его решетки. Согласно данным, приведенным в табл. Следовательно, несмотря на амфотерность графита, образование ИСГ доиорного типа с энергетической точки зрения более благоприятно, чем образование акцепторных интеркалированных соединений фафита . Таблица 2. Первый потенциал ионизации и работа выхода электрона А графита. Интеркалированные соединения графита со щелочными металлами известны с года. СС5, С и другие . ИСГ акцепторного типа образуют галогены, галогениды металлов, кислотные оксиды и сильные кислоты Бренстеда ,. К типичным представителям этих ИСГ относятся С5. ИСГ акцепторного типа представляют собой сложные трехмерные твердые вещества, для которых характерно наличие ряда соединений ступеней, отличающихся степенью заполнения 1рафитовой матрицы и имеющих дальний порядок вдоль фигоналыюй оси с . Номер ступени п равен числу фафитовых сеток между ближайшими слоями внедренного вещества. Максимально насыщенная первая ступень окрашена в синий цвет, а все остальные от серого до черного.