硼掺杂石墨的层间间距的影响

一组研究人员最近在《华尔街日报》发表了一篇论文欧洲杯足球竞彩证明(B)硼掺杂的影响在石墨层间间距。

研究:硼掺杂石墨的层间间距的影响。图片来源:米利暗杜尔马丁Frommherz / Shutterstock.com

背景

硼(B)是广泛使用的石墨化催化剂合成的碳质材料在锂离子电池(锂)阳极可以改善石墨化程度和减少石墨化温度。欧洲杯足球竞彩

碳化硼(B₄C)集群B原子插入石墨时形成的。另外,几个B原子可以取代碳原子在石墨原子半径以来B是类似于碳,大大影响了物理化学性质,石墨的电化学性能和结构。

b1金刚石石墨的XPS谱进行了研究。(一个使用针)金刚石石墨准备可口可乐(GC)为原料;(b)金刚石石墨准备使用可口可乐(PIC)为原料。图片来源:包C et al .,材料欧洲杯足球竞彩

层间间距的减少是一个重大的结构性B-doped碳材料,如石墨的特征。欧洲杯足球竞彩几项研究已经表明,B-doped石墨具有较小的比理想的石墨层间间距。

原子置换B(下标B)石墨晶格和dissolution-precipitation负责减少的碳原子层间间距。碳dissolution-precipitation机制归因于B的特殊催化作用,加速均匀石墨化的石墨以渐进的方式。然而,层间间距增加,当B原子占据晶格中的间隙位置。

负责小层间间距的因素在B-doped石墨相比,维珍石墨直到现在还没有被确认。然而,两种机制被认为理解下标b在石墨层间间距的影响。

第一个机制是基于B掺杂后石墨层之间的p电子耗尽导致Π-electron低密度石墨层内由于更高的价态碳相比,B和层间距离更短。第二个机制是基于泊松收缩沿着c-axis沿着轴由于扩张。然而,这些机制没有验证实验。

这项研究

在这项研究中,研究人员使用B合成B-doped石墨₄C粉作为催化剂石墨化热处理的可口可乐和系统地调查了下标B含量变异后的碳原子晶格的B₄C催化剂和下标b原子在石墨层间间距的影响。

可口可乐,可口可乐,针和B₄C粉末作为原料。欧洲杯足球竞彩最初,针可口可乐/沥青焦同质的混合B₄C粉末和转移石墨坩埚放置在中频感应石墨化炉中心。

炉通红,疏散与氩气消除水分和氧气的三倍。炉的温度提高到2700°C 10°C /分钟升温速率和coke-B₄C混合物在氩气氛下退火2 h。

9%,6%,3%,0%₄C粉末混合针可口可乐/沥青焦合成八B-doped石墨样品。样品合成使用可口可乐被指定为9 gc27针,6 gc27 3 gc27和0 gc27,而样品合成使用可口可乐被指定为9 pic27, 6 pic27 3 pic27, 0 pic27基于B₄C粉末浓度。

(一个,b)两种金刚石石墨模型,粉红色的硼原子和碳原子灰;E是优化后模型的总能量的几何学。图片来源:包C et al .,材料欧洲杯足球竞彩

x射线光电子能谱(XPS)是用来描述合成样品。合成B-doped石墨的层间间距测量样品使用x射线衍射(XRD)方法和布拉格方程。

DMol3包材料工作室被用来执行所有密度泛欧洲杯足球竞彩函理论(DFT)计算。离子和电子之间的相互作用形成了使用原子轨道的线性组合。通过执行布里渊区总能量计算集成。

double-numeric质量基础设置与极化函数和Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)模型下的广义梯度近似被用来评估电子exchange-correlation交互。

定期B-doped石墨超晶胞结构建立了了解sub-B-induced夹层间距减少机制。B质量比定为1.78%是基于实验结果两种B-doped石墨的DFT的计算模型进行了优化和泊松比,表面静电势,总电荷密度、马利肯部分费用,和偏态密度进行这些结构。

观察

研究人员使用可口可乐成功合成B-doped石墨和B₄C粉末,利用热处理方法。B-atoms有效地纳入了石墨晶格在热处理过程中,导致石墨层间间距的减少。

增加的层间间距减少B-doped石墨晶格中B原子的浓度。层间间距值达到9 pic27和9 gc27 0.33537和0.33545 nm,分别,这是接近理想石墨的层间间距0.3354 nm的价值。

B掺杂石墨晶格中下标B原子的数量增加,打破了电子平衡碳层和促进电子的转移少量从隔壁B原子自由层含B原子层。

(010)面内的电荷密度图(一个石墨和()b)金刚石石墨在硼原子。碳:深灰色,硼:粉红色。图片来源:包C et al .,材料欧洲杯足球竞彩

B原子含有层及其相邻的碳层处于缺电子的状态是由于B原子和电子转移的缺电子性质的碳层含B原子层,这增加了静电表面碳层的潜力和减少电子之间的排斥力层。

碳层和Π电子之间的引力在相邻层和减少Π电子碳层之间的排斥力量也发挥了重要作用在降低层间间距。

综上所述,本研究的结果表明,B掺杂引起的电子分配扮演了最重要的角色在减少B-doped石墨的层间间距。

源

包,C。,Zeng, Q., Li, F.等。硼掺杂石墨的层间间距的影响。欧洲杯足球竞彩2022年。https://www.mdpi.com/1996-1944/15/12/4203

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