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納米石墨(Nanographite)和邊緣碳效應(yīng)

納米石墨(Nanographite)和邊緣碳效應(yīng)
貝士德  2008-09-03  |  閱讀:4467

納米石墨上的π電子,、電子價態(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,而相對無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)對吸附的影響。但實(shí)際上吸附過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電子的存在,,將影響吸附行為尤其是對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,。

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