Хімічні перетворення сполук сірки при синтезі терморозширеного графіту з бісульфату графіту за даними РФС

Abstract

Методом РФС досліджена хімічна природа та концентрація функціональних груп на поверхні природного графіту під час синтезу терморозширеного графіту (ТРГ) шляхом інтеркалювання H₂SO₄ в присутності H₂O₂ як окисника. В РФ спектрах ідентифіковані спиртові та фенольні (С−О), кетонні (С=О ), етерні (О−С−О), естерні та карбоксильні (О=С−О) функціональні групи в області енергій зв’язку C1s (296−280 еВ) та O1s (540−526 еВ). РФ спектри в області енергій зв’язку S2p (175−160 еВ) свідчать про наявність тіофенних та тіольних (С–S–С, С–SH), сульфонних та сульфоксидних (>S=O, O=S=O) і сульфітних та сульфатних (HSO₃⁻, HSO₄⁻) функціональних груп. В результаті інтеркалювання природного графіту кількість кисню в зразку зростає з 1,49 до 13,21% ат., сірки з 0,02 до 0,61% ат., а після терморозширення зменшується відповідно до 1,08 та 0,03% ат. Встановлено, що концентрація присутньої в ТРГ сірки обумовлена переважно її кількістю в природному графіті, а інтеркалювання практично не позначається на хімічному складі поверхні та природі функціональних груп синтезованого ТРГ.

Методом РФС изучена химическая природа и концентрация функциональных групп на поверхности природного графита в процессе синтеза терморасширенного графита (ТРГ) путём интеркалирования H₂SO₄ в присутствии H₂O₂ в качестве окислителя. В РФ спектрах идентифицированы спиртовые и фенольные (С−О), кетонные (С=О ), эфирные (О−С−О), сложноэфирные и карбоксильные (О=С−О) функциональные группы в области энергий связи C1s (296–280 эВ) и O1s (540–526 эВ). РФ спектры в области энергий связи S2p (175–160 эВ) свидетельствуют о присутствии тиофенных и тиольных (С–S–С, С–SH), сульфонных и сульфоксидных (>S=O, O=S=O), сульфитных и сульфатных (HSO₃⁻, HSO₄⁻) функциональных групп. В результате интеркалирования природного графита количество кислорода в образце увеличивается с 1,49 до 13,21% ат., серы с 0,02 до 0,61% ат., а после терморасширения снижается соответственно до 1,08 и 0,03% ат. Установлено, что концентрация присутствующей в ТРГ серы обусловлена преимущественно её количеством в исходном графите, а интеркалирование практически не сказывается на химическом составе поверхности и природе функциональных групп синтезированного ТРГ.

The chemical nature and concentration of functional groups on the surface of natural graphite during the synthesis of expanded graphite by intercalation with H₂SO₄ and H₂O₂ as an oxidant were investigated using XPS method. The spectra in C1s (296–280 eV) and O1s (540–526 eV) region indicate the presence of alcoholic and phenolic (С−О), ketonic (С=О ), ether (C−O−C), ester and carboxylic (О=С−О ) functional groups. The spectra in S2p (175–160 eV) region demonstrate the presence of thiophene and thiol (С–S–С, С–SH), sulphone and sulphoxide (>S=O, O=S=O), sulphite and sulphate (HSO₃⁻, HSO₄⁻) functional groups. Intercalation of the natural graphite results in the increase of oxygen and sulphur content from 1.49 to 13.21% at. and from 0.02 to 0.61% at., respectively. After thermal expansion, the oxygen and sulphur content was found to be decreased to the initial levels (1.08 and 0.03% at., correspondingly). It has been found out that concentration of sulphur in expanded graphite is mainly determined by its presence in the natural graphite and intercalation has no effect on the chemical nature and composition of surface functional groups in expanded graphite.