煤基石墨烯系列材料的可控制備及其在CO2還原過程中的應(yīng)用進展

編號：FTJS09419

篇名：煤基石墨烯系列材料的可控制備及其在CO2還原過程中的應(yīng)用進展

作者：張亞婷 嚴心娥 劉國陽 李可可 賈嘉

關(guān)鍵詞： 煤炭轉(zhuǎn)化 石墨烯 CO2還原 光電催化 二維碳材料

機構(gòu)： 西安科技大學化學與化工學院 西安交通工程學院土木工程學院

摘要： 石墨烯作為一種結(jié)構(gòu)、性能獨特的二維碳材料在CO2還原轉(zhuǎn)化過程中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,尋找石墨烯豐富的碳質(zhì)前驅(qū)體和可控制備方法是實現(xiàn)其大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。煤炭作為一種富碳礦物資源,含有豐富的官能團和高芳香度納米石墨微晶結(jié)構(gòu)。以煤炭及其衍生物為碳源制備高附加值石墨烯材料具有獨特優(yōu)勢,是同時實現(xiàn)煤炭材料清潔化利用和石墨烯低成本實際應(yīng)用的重要途徑。針對不同變質(zhì)程度煤種,從化學組成和煤質(zhì)結(jié)構(gòu)出發(fā),通過適當?shù)姆肿蛹舨煤突瘜W結(jié)構(gòu)組裝,成功實現(xiàn)了系列多尺度、多形態(tài)煤基石墨烯材料的可控制備。常用的制備方式包括:機械力剪切、化學插層氧化、電化學剝離、氣相沉積、陽極電弧放電及液相自組裝等。如通過化學氧化或超聲物理剪裁煤大分子結(jié)構(gòu)制備零維石墨烯量子點;煤炭熱解得到的含碳烴類小分子氣體通過化學氣相沉積制備二維石墨烯薄膜;煤炭高溫石墨化后通過物理或化學剝離得到二維石墨烯納米片;二維石墨烯經(jīng)過結(jié)構(gòu)自組裝制備三維石墨烯氣凝膠。由于煤基石墨烯的組成及其表界面結(jié)構(gòu)具有易調(diào)控、可修飾等特性,其在CO2還原過程中展現(xiàn)出良好的催化活性。通過總結(jié)煤基石墨烯系列材料在CO2光催化、電催化以及光電催化轉(zhuǎn)化過程中的最新研究,認為煤基石墨烯通過增大反應(yīng)活性位點和改變催化劑表面結(jié)構(gòu),能夠有效提高CO2還原過程的效率和選擇性。最后,針對煤基石墨烯組成和結(jié)構(gòu)的調(diào)控,以及CO2還原催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了展望。