煤炭科学技术

作者：李瑞青, 唐跃刚, 罗鹏, 琚敏敏, 徐晓婷,

关键词：煤基碳材料, 煤基石墨烯, 煤阶, 微观结构, 结构参数, 高温石墨化, 石墨化度,

煤基碳材料的制备和表征是一个热门研究领域。煤基石墨烯的结构特征不仅决定了产品的性能，还可为产品制备过程中的工艺调控提供参考。因此，有必要对煤基石墨烯的微观形态和结构有一个清晰的了解。研究采集了宁夏回族自治区8个不同煤阶的煤样，化学脱矿后高温石墨化处理得到煤基石墨，采用改进的Hummer’s氧化还原法制备煤基石墨烯，并通过X射线衍射、拉曼、原子力显微镜和高分辨率透射电镜综合表征获得了煤基石墨烯的微观形貌和结构参数。结果表明：宁夏回族自治区不同煤阶的煤样所制备的煤基石墨烯均为少层石墨烯，高温石墨化可显著提高煤结构的有序度和石墨化度，有利于煤基石墨烯的制备，尤其对低煤阶的煤最为显著。煤基石墨的石墨化度均超过0.70，最高为0.99。煤阶越高，所制备的石墨烯片层的直径和堆砌高度越大、缺陷更少、剥离效果也越好。所制备的煤基石墨烯的直径在3.78～13.04 nm，层间距均超过了0.355 0 nm，最高可达0.366 1 nm。且随煤阶的升高，煤基石墨烯直径的增大要比堆砌高度更显著，因此，煤基石墨烯的形态总体趋于扁平状演化。煤的黏结性会造成煤基石墨烯表面粗糙度的增大，但不会影响石墨烯芳香层的晶型与有序度的发展。随煤阶的升高，石墨烯结构经历了涡轮型—Y型—半直面型—直面型的演化路径。直面型的石墨烯结构是煤结构在煤基石墨烯制备过程中演化的最终形态，表现为明显的剥离、卷曲和舒展的特征，这也为石墨烯台阶状的形成提供了可能。

来源：2025年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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