学者通过电子云调控发现石墨相变新机制-青岛恒利得石墨有限公司

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学者通过电子云调控发现石墨相变新机制

2021-08-17

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从中国科学技术大学获悉，朱艳武教授团队通过原位x射线研究和第一原理计算，提出了3R石墨到2H石墨的层间滑移路径，通过研究薄层石墨在同一区域与氮化锂接触前后的拉曼信号变化，证实了电荷态的变化。相关成果发表在国内知名学术期刊《纳米快报》上。

石墨作为锂离子电池正极材料和石墨烯制备领域的重要原料，通常含有两种晶格结构：六方相(2H相)和斜方相(3R相)。其中2H相的能量较低，在粉末中所占比例较高；3R相能量高，在粉末中所占比例一般较低。但随着石墨颗粒的破碎，鳞片直径减小，3R相的比例逐渐增加，达到50%。

最近的研究表明，3R石墨的能带结构包含三维Dirac锥，电子态有间隙，低温下电子输运主要由表面态控制；3R叠置三层石墨烯表面的平坦能带有助于产生强相关现象，导致自发对称破缺，如铁磁有序态和表面超导态。现有研究中石墨相变，为了所有3r相转变成2h阶段石墨粉，常常需要在高温高压使石墨化，或使用激光加热、电阻加热和其他手段，这需要艰苦的条件下，能耗高。

经过长期的研究，研究人员发现，在石墨粉中加入少量的氮化锂晶体粉末，可以在低温下实现大切片尺寸的宏观石墨粉由3R相完全转变为2H相。它进一步发现石墨相变机制条件下，功函数的差异会导致一些电子的转移时石墨的共轭π电子云氮化锂晶体石墨粉联系，导致石墨层间距的异常增加，显著降低了石墨层之间的滑移能垒，使3R相在更温和的条件下转变为2H相。

本研究成果有望通过调控石墨电子云的形貌，实现对石墨堆垛形貌和性能的精确控制，也为其他碳基材料的结构调控和新型碳材料的制备提供新的思路。