京西煤制备氧化石墨烯分子结构模型的构建与优化

随着煤基碳材料的发展,石墨烯及石墨烯氧化物等二维碳纳米材料已成为目前新型材料中重要研究领域并成为研究热点。为查明煤基氧化石墨烯的化学成分组成和分子结构特征,以北京西山矿区侏罗纪门头沟系的8号煤层无烟煤为碳源,对京西原煤样和脱灰样进行了工业分析和元素分析,京西煤属于品质较好的低灰、低挥发分和特低硫无烟煤,脱灰后京西无烟煤的灰分产率从初始的9.26%下降到0.65%,表明矿物得到了有效去除。利用改良的Hummers氧化还原法制备煤基氧化石墨烯,并对制备的氧化石墨烯进行了核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X-射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段测试。通过Origin软件对所得数据进行分析和图谱拟合,得到了所制备煤基氧化石墨烯产品的元素比和产品结构参数。研究表明:京西煤基氧化石墨烯的芳香结构以苯、萘、蒽和菲为主;脂肪碳以次甲基、环烷烃的形式存在,其中含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有大量的羧基。在此分析数据的基础上,构建了京西煤基氧化石墨烯的分子结构模型,并运用^(13)C-NMR预测软件ACD/CNMR predictor对其进行了结构修正,所得到的GO-JX分子结构模型与试验核磁共振图谱较一致。

沁水煤田无烟煤基石墨烯的制备及技术表征

石墨烯是21世纪新兴的碳纳米材料,具有巨大的应用潜力。煤炭具有价格低廉、储量丰富的特点,将煤用于石墨烯等新型碳材料及其复合材料的开发应用是一项极具探索性的工作。以无烟煤为原料,采用改良的Hummers氧化还原法,基于不同石墨化度的煤基石墨制备石墨烯开展系统研究,综合利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)等表征手段对原煤以及过程产物的化学结构进行表征,结果显示,所制得的煤基氧化石墨样品均在12°~13°出现特征峰,由于含氧官能团的引入其层间距为0.64nm,煤基石墨烯厚度为0.4~3nm,层数在1~10层,片径在1μm以下,其中BZ2-M4制备的煤基石墨烯化学结构较好。