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納米石墨(Nanographite)和邊緣碳效應(yīng)

閱讀：300發(fā)布時(shí)間：2022-9-8

納米石墨上的π電子、電子價(jià)態(tài)以及表面官能團(tuán)等作為控制電子特性的要素支配著炭質(zhì)吸附劑的功能。下圖所示為納米石墨的基本概念[29,30]，由此可看到，存在于納米石墨邊緣的碳原子數(shù)與本體碳原子數(shù)大致相當(dāng)，芳烴分子的碳原子幾乎都位于端部，而相對(duì)無(wú)限大石墨層片的邊緣碳原子數(shù)幾乎可以忽略。邊緣碳有兩種形式：椅型和鋸齒型(Armchair and Zig-zag Edge)。納米石墨中邊緣碳的電子狀態(tài)依賴于其所在邊緣的形狀和尺寸，且與芳烴分子和大的石墨層片中的電子狀態(tài)截然不同，這可能將導(dǎo)致一些新奇的物性被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)可以看出，微孔炭其納米石墨微晶的基本組成造就了絕大多數(shù)碳原子位于表面，由此微孔炭又被稱為表面性固體。目前所采用的有關(guān)孔隙模型的理論計(jì)算，一般都忽略了以下諸因素[31]：(1)微晶炭層片的多種缺陷性；(2)微晶石墨尺寸有限性所造成的邊緣碳效應(yīng)；(3)雜原予以及極性官能團(tuán)對(duì)吸附的影響。但實(shí)際上吸附過(guò)程是在以上諸因素以及孔隙共同作用下的宏觀效果，因此對(duì)炭質(zhì)吸附劑的邊緣效應(yīng)進(jìn)行討論就顯得尤為必要。炭質(zhì)吸附劑由于其本身具有非極性的特性，在吸附過(guò)程中吸附質(zhì)分子與吸附劑以及吸附質(zhì)分子之間的相互作用以如前所述的van der Waals力中的色散力為主，但由于邊緣碳的不飽和性以及未成對(duì)電子的存在，將影響吸附行為尤其是對(duì)極性分子或可極化分子的吸附[14，32]。邊緣碳的存在，常被作為化學(xué)吸附(如O_2的化學(xué)吸附)的活性位，同時(shí)由于O_2的化學(xué)活性也非常強(qiáng)，即使在很低的溫度下(如在-13 ℃)[33]，在潔凈的炭表面也會(huì)發(fā)生O_2的化學(xué)吸附，故而邊緣碳原子常與O原子結(jié)合而成為含氧表面官能團(tuán)，最終以此形式影響宏觀吸附行為。