Influence of Operating Conditions on Graphene Properties Synthesized from Two-Step Electrochemical Exfoliation
Notice bibliographique
Résumé
Effective exfoliation of relatively high-quality graphene with good yield from graphite is critical for its extensive exploitation in several emerging technologies. Two-step electrochemical exfoliation of graphene offers a route towards achieving such high-quality graphene and tailoring of its properties for nanotechnology-related applications. A precise control of the intercalation and exfoliation conditions provides an additional dimension for tuning these graphene properties. Here, we report a systematic evaluation of the nature of defects induced in graphene with respect to varying intercalation times and intercalant composition using an acid-blend containing sulphuric acid (H2SO4) and phosphoric acid (H3PO4). A few-layer, exfoliated graphene (eG) is obtained by incorporating relevant functional groups in the main matrix during the intercalation step. Structural analysis by Raman and X-ray microscopy indicates a multi-atom-doped graphene with primarily “boundary -type” defect signature and n-type charge carriers synthesized for an optimized intercalation time of 1600 s. The average ratio of the defect-activated modes (I D / I G and I D / I D′ ) showed a unique defect feature at 1600 s irrespective of the intercalating electrolyte composition. This indicates the need for careful selection of intercalation times to control the nature of defects. The phosphorus and nitrogen-doping content in the eG increased with increasing phosphoric acid content which influences the thermal and electrical conductivity respectively. Most interesting, by using various intercalation times, we show that increasing intercalation times in the presence of high phosphoric acid content beyond 1600 s results in deteriorating electrical conductivity but enhanced thermal stability. A trade-off in conductivity and thermal stability shows competing factors influence these properties. We attribute this to loss of the sp2 graphitic structure at higher intercalation times which dominates over any contributions from the dopants. The highest electrical conductivity of ~14,000 S m-1 was recorded which is a two orders magnitude increase from the eG intercalated in pure H2SO4. The energy consumption (kWh kg-1) required for exfoliation was reduced by up to 50% and the exfoliation efficiency was enhanced with the incorporation of phosphoric acid into the intercalating electrolyte blend. This study thus provides a facile and energy-efficient recipe for synthesizing graphene nanostructures with unique defects relevant for use in specific applications related to energy storage and water treatment. Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».