碳材料是通過在大氣壓下使用磁旋轉(zhuǎn)電弧，通過乙炔的熱分解而合成的。評估了加氫、注氣位置、乙炔濃度和反應(yīng)溫度對熱解產(chǎn)物形態(tài)的影響。還獲得了碳球形顆粒和石墨烯納米薄片。結(jié)果表明，大量的氫、低碳流量和高溫可以促進碳材料從納米球向石墨烯納米薄片的形態(tài)轉(zhuǎn)變。結(jié)合氣相動力學(xué)模型和計算流體動力學(xué)模擬，臨界溫度為2500 K的反應(yīng)區(qū)基本上可分為成核和表面生長，分別對應(yīng)于升溫區(qū)和高溫維持區(qū)。影響石墨烯形成的基本因素可能包括片狀核的形成，以及在結(jié)構(gòu)的側(cè)面活性部位處連續(xù)的平面生長。前體的低碰撞頻率和高溫有利于形成片狀核。平面表面生長需要氫終止邊緣的懸空鍵，并且需要高溫才能誘導(dǎo)沒有曲率的生長。
Figure 1. 實驗裝置的示意圖
Figure 2. 在各種H/C比下C
2H
2合成的碳材料的TEM圖像：（a）1；（b）4；（c）8；（d）12（3200K，C2H2 1 SLM）
Figure 3. 投影在TEM圖像上CNSs直徑的直方圖，并具有正態(tài)分布曲線；左：R
HC1；右：R
HC4；D
av代表CNSs的平均直徑
Figure 4. 各種氣體注入位置下熱解產(chǎn)物的TEM圖像：（a）Case R
HC8_p1;（b）案例R
HC8_p2
Figure 5. 不同乙炔濃度下熱解產(chǎn)物的TEM圖像：（a）R
HC4_C1（C
2H
2 0.3 SLM）；（b）R
HC4_C2（C
2H
2 0.1 SLM）
Figure 6. 在不同反應(yīng)溫度下熱解產(chǎn)物的TEM圖像：（a）R
HC4_T1（3400K）;（b）R
HC4_T2（3600K）；（c）熱解產(chǎn)物的拉曼光譜
Figure 7. 在各種H/C比下的代表性納米結(jié)構(gòu)的HRTEM圖像：（a）R
HC1，H/C=1；（c）R
HC4，H/C=4；（d）R
HC12，H/C=12。（b）CNS的type1核心的高放大倍數(shù)TEM圖
相關(guān)研究成果于2019年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)Taohong Ye課題組，發(fā)表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.08.077）上。原文：The morphological transformation of carbon materials from nanospheres to graphene nanoflakes by thermal plasma。
