直流碳弧放电选择性合成碳纳米管和层状石墨烯及其机制研究

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本研究报道了在直流碳弧放电中，采用粗定向石墨（ROG）作为电极时，阳极在不同弧电流（Iarc）下的侵蚀行为及其在阴极表面的沉积规律。研究发现阳极侵蚀的性质对弧电流具有临界依赖性，对阴极沉积物（CDs）的形貌、系统转化效率及其组成产生深刻影响。通过透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线衍射对合成的阴极沉积物进行表征，发现存在临界弧电流值：低于该值时弧呈收缩状态，高于该值时弧呈强烈状态。研究表明，当碳弧分别运行在收缩模式和强烈模式下时，系统可选择性地生成碳纳米管（CNTs）和层状石墨烯片（LGs）。通过适当调节弧电流，可实现两种弧放电模式之间的切换。基于实验结果，建立了考虑阳极斑点在ROG阳极表面快速随机运动影响的半经验模型，为弧放电生成的CNTs和LGs的生长机制提供了新的认识。本研究为碳弧放电路线实现高结晶度CNTs和LGs的定制化合成奠定了基础。

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