कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन: Difference between revisions

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[[ करबैड ]]-व्युत्पन्न कार्बन (सीडीसी), जिसे ट्यूनेबल नैनोपोरस कार्बन के रूप में भी जाना जाता है, कार्बाइड अग्रदूतों से प्राप्त कार्बन सामग्री के लिए सामान्य शब्द है, जैसे कि बाइनरी (जैसे SiC, TiC), या टर्नरी कार्बाइड, जिसे MAX चरणों (जैसे, Ti) के रूप में भी जाना जाता है।<sub>2</sub>एएलसी, टीआई<sub>3</sub>सिक<sub>2</sub>).<ref name="a1" /><ref name="a2" /><ref name="a3" /><ref name="a4" />सीडीसी को पॉलिमर-व्युत्पन्न सिरेमिक जैसे सी-ओ-सी या टीआई-सी, और कार्बोनिट्राइड्स, जैसे सी-एन-सी से भी प्राप्त किया गया है।<ref name="a5" /><ref name="a6" /><ref name="a7" />सीडीसी विभिन्न संरचनाओं में हो सकते हैं, अनाकार से लेकर क्रिस्टलीय कार्बन तक, एसपी से<sup>2</sup>- एसपी को<sup>3</sup>-बंधित, और अत्यधिक छिद्रपूर्ण से पूर्णतः सघन तक। दूसरों के अलावा, निम्नलिखित कार्बन संरचनाएं कार्बाइड अग्रदूतों से प्राप्त की गई हैं: माइक्रोपोरस सामग्री | सूक्ष्म- और [[मेसोपोरस सामग्री]] कार्बन, अनाकार कार्बन, [[कार्बन नैनोट्यूब]], प्याज जैसा कार्बन, [[नैनोडायमंड]], [[ग्राफीन]] और [[ग्रेफाइट]]।<ref name="a1" />कार्बन सामग्रियों के बीच, माइक्रोपोरस सीडीसी सबसे अधिक रिपोर्ट किए गए विशिष्ट सतह क्षेत्रों (3000 मीटर से अधिक तक) का प्रदर्शन करते हैं<sup>2</sup>/g).<ref name="a8" />अग्रदूत के प्रकार और सीडीसी संश्लेषण स्थितियों को अलग करके, नियंत्रणीय औसत छिद्र आकार और छिद्र आकार वितरण के साथ माइक्रोपोरस और मेसोपोरस संरचनाओं का उत्पादन किया जा सकता है। अग्रदूत और संश्लेषण स्थितियों के आधार पर, औसत छिद्र आकार नियंत्रण उप-एंगस्ट्रॉम सटीकता पर लागू किया जा सकता है।<ref name="a9" />छिद्रों के आकार और आकार को सटीक रूप से समायोजित करने की यह क्षमता सीडीसी को तरल पदार्थ और गैसों (जैसे, हाइड्रोजन, मीथेन, सीओ) के चयनात्मक सोखने और भंडारण के लिए आकर्षक बनाती है।<sub>2</sub>) और उच्च विद्युत चालकता और विद्युत रासायनिक स्थिरता इन संरचनाओं को विद्युत ऊर्जा भंडारण और कैपेसिटिव जल विलवणीकरण में प्रभावी ढंग से लागू करने की अनुमति देती है।
'''[[ करबैड |कार्बाइड]]-व्युत्पन्न कार्बन (सीडीसी)''', जिसे '''ट्यूनेबल सूक्ष्म रंध्री कार्बन''' के रूप में भी जाना जाता है, यह एक कार्बाइड पूर्वगामी से प्राप्त कार्बन पदार्थ के लिए सामान्य शब्द है, (जैसे SiC, TiC), या टर्नरी कार्बाइड, जिसे MAX चरणों (जैसे, Ti<sub>2</sub>AlC, Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>) के रूप में भी जाना जाता।<ref name="a1" /><ref name="a2" /><ref name="a3" /><ref name="a4" /> सीडीसी को बहुलक-व्युत्पन्न सिरेमिक जैसे Si-O-C or Ti-C, और कार्बोनिट्राइड, जैसे Si-N-C से भी प्राप्त किया गया है।<ref name="a5" /><ref name="a6" /><ref name="a7" /> सीडीसी विभिन्न संरचनाओं में हो सकते हैं, अक्रिस्टलीय से लेकर क्रिस्टलीय कार्बन तक, sp<sup>2</sup>-से sp<sup>3</sup>-बंधित, और अत्यधिक छिद्रपूर्ण से पूर्णतः सघन तक है। दूसरों के अतिरिक्त, निम्नलिखित कार्बन संरचनाएं कार्बाइड पूर्वगामी से प्राप्त की गई हैं: जैसे कि सूक्ष्म और मध्य रंध्री कार्बन, अक्रिस्टलीय कार्बन, कार्बन नैनोनलिका, प्याज जैसा कार्बन, नैनोक्रिस्टलाइन हीरा, ग्राफीन और ग्रेफाइट आदि।<ref name="a1" /> इस प्रकार से कार्बन पदार्थों के बीच, सूक्ष्मरंध्री सीडीसी उच्चतम रिपोर्ट किए गए विशिष्ट सतह क्षेत्रों (3000m<sup>2</sup>/g से अधिक तक) का निष्पादन करते हैं।<ref name="a8" /> अतः पूर्वगामी के प्रकार और सीडीसी संश्लेषण स्थितियों को अलग करके, नियंत्रणीय औसत छिद्र आकार और छिद्र आकार वितरण के साथ सूक्ष्मरंध्री और मध्य रंध्री संरचनाओं का उत्पादन किया जा सकता है। पूर्वगामी और संश्लेषण स्थितियों के आधार पर, औसत छिद्र आकार नियंत्रण उप-एंगस्ट्रॉम यथार्थता पर लागू किया जा सकता है।<ref name="a9" /> छिद्रों के आकार और आकृतियों को यथार्थ रूप से समायोजित करने की यह क्षमता सीडीसी को तरल पदार्थ और गैसों (जैसे, हाइड्रोजन, मीथेन, CO<sub>2</sub>) के चयनात्मक शुष्कन और भंडारण के लिए आकर्षक बनाती है और उच्च विद्युत चालकता और विद्युत रासायनिक स्थिरता इन संरचनाओं को विद्युत ऊर्जा भंडारण और संधारित्र जल अलवणीकरण में प्रभावी रूप से लागू करने की अनुमति देती है।


==इतिहास==
==इतिहास==
SiCl का उत्पादन<sub>4</sub> [[ सिलिकन कार्बाइड ]] के साथ [[क्लोरीन]] गैस की उच्च तापमान प्रतिक्रिया द्वारा पहली बार 1918 में ओटिस हचिन्स द्वारा पेटेंट कराया गया था।<ref name="a10" />1956 में उच्च पैदावार के लिए इस प्रक्रिया को और अधिक अनुकूलित किया गया।<ref name="a11" />ठोस झरझरा कार्बन उत्पाद को शुरू में अपशिष्ट उपोत्पाद के रूप में माना जाता था जब तक कि इसके गुणों और संभावित अनुप्रयोगों की 1959 में वाल्टर मोहन द्वारा अधिक विस्तार से जांच नहीं की गई थी।<ref name="a12" />1960-1980 के दशक में ज्यादातर रूसी वैज्ञानिकों द्वारा हैलोजन उपचार के माध्यम से सीडीसी के संश्लेषण पर शोध किया गया था,<ref name="a13" /><ref name="a14" />जबकि 1990 के दशक में सीडीसी प्राप्त करने के वैकल्पिक मार्ग के रूप में हाइड्रोथर्मल उपचार की खोज की गई थी।<ref name="a15" />हाल ही में, अनुसंधान गतिविधियाँ अनुकूलित सीडीसी संश्लेषण और नैनोइंजीनियर्ड सीडीसी अग्रदूतों पर केंद्रित हुई हैं।
इस प्रकार से [[क्लोरीन]] गैस की उच्च तापमान अभिक्रिया द्वारा SiCl<sub>4</sub> का पहली बार 1918 में '''ओटिस हचिन्स''' द्वारा पेटेंट कराया गया था, इस प्रक्रिया को 1956 में उच्च उपज के लिए पूर्ण रूप से अनुकूलित किया गया था।<ref name="a10" /><ref name="a11" /> ठोस छिद्रित कार्बन उत्पाद को प्रारम्भ में अपशिष्ट उपोत्पाद के रूप में माना जाता था जब तक कि इसके गुणों और संभावित अनुप्रयोगों की 1959 में वाल्टर मोहन द्वारा अधिक विस्तार से जांच नहीं की गई थी।<ref name="a12" /> अतः 1960-1980 के दशक में अधिकांशतः रूसी वैज्ञानिकों द्वारा हैलोजन उपचार के माध्यम से सीडीसी के संश्लेषण पर शोध किया गया था,<ref name="a13" /><ref name="a14" /> जबकि 1990 के दशक में सीडीसी प्राप्त करने के वैकल्पिक मार्ग के रूप में उष्णजलीय उपचार की खोज की गई थी।<ref name="a15" /> वर्तमान में, अनुसंधान गतिविधियाँ अनुकूलित सीडीसी संश्लेषण और नैनोइंजीनियर्ड सीडीसी पूर्वगामी पर केंद्रित हुई हैं।


==नामपद्धति==
==नामपद्धति==
ऐतिहासिक रूप से, सीडीसी के लिए विभिन्न शब्दों का उपयोग किया गया है, जैसे खनिज कार्बन या नैनोपोरस कार्बन।<ref name="a12" />बाद में, [[यूरी गोगोत्सी]] द्वारा एक अधिक पर्याप्त नामकरण प्रस्तुत किया गया<ref name="a9" />अपनाया गया जो स्पष्ट रूप से अग्रदूत को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड से प्राप्त सीडीसी को SiC-CDC, Si-CDC, या SiCDC कहा गया है। हाल ही में, अग्रदूत की रासायनिक संरचना (उदाहरण के लिए, बी) को प्रतिबिंबित करने के लिए एक एकीकृत अग्रदूत-सीडीसी-नामकरण का पालन करने की सिफारिश की गई थी<sub>4</sub>सी-सीडीसी, आप<sub>3</sub>सिक<sub>2</sub>- सीडीसी, डब्ल्यू<sub>2</sub>सी-सीडीसी)।<ref name="a1" />
इस प्रकार से ऐतिहासिक रूप से, सीडीसी के लिए विभिन्न शब्दों का उपयोग किया गया है, जैसे कि खनिज कार्बन या सूक्ष्म रंध्री कार्बन आदि।<ref name="a12" /> बाद में, [[यूरी गोगोत्सी]] द्वारा प्रस्तुत एक अधिक पर्याप्त नामकरण को अपनाया गया जो स्पष्ट रूप से पूर्वगामी को दर्शाता है।<ref name="a9" /> उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड से प्राप्त सीडीसी को SiC-CDC, Si-CDC, या SiCDC कहा गया है। अतः वर्तमान में, पूर्वगामी की रासायनिक संरचना (उदाहरण के लिए B<sub>4</sub>C-CDC, Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>-CDC, W<sub>2</sub>C-CDC) को प्रतिबिंबित करने के लिए एक एकीकृत पूर्वगामी-सीडीसी-नामकरण का पालन करने की संस्तुति की गई थी।<ref name="a1" />
 
 
==संश्लेषण==
==संश्लेषण==
सीडीसी को कई रासायनिक और भौतिक संश्लेषण विधियों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया है। आमतौर पर, शुष्क क्लोरीन उपचार का उपयोग कार्बाइड अग्रदूत जाली से चुनिंदा धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को निकालने के लिए किया जाता है।<ref name="a1" />क्लोरीन उपचार शब्द को [[क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया]] से अधिक प्राथमिकता दी जानी चाहिए क्योंकि क्लोरीनयुक्त उत्पाद, धातु क्लोराइड, त्याग दिया गया उपोत्पाद है और कार्बन स्वयं काफी हद तक अप्रयुक्त रहता है। यह विधि एस्टोनिया और कार्बन-यूक्रेन में स्केलेटन द्वारा सीडीसी के व्यावसायिक उत्पादन के लिए लागू की गई है।{{citation needed|date=July 2015}} हाइड्रोथर्मल नक़्क़ाशी का उपयोग SiC-CDC के संश्लेषण के लिए भी किया गया है जिससे छिद्रपूर्ण कार्बन फिल्मों और नैनोडायमंड संश्लेषण के लिए एक मार्ग प्राप्त हुआ।<ref name="a17" /><ref name="a18" />
सीडीसी को कई रासायनिक और भौतिक संश्लेषण विधियों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया है। सामान्यतः, शुष्क क्लोरीन उपचार का उपयोग कार्बाइड पूर्वगामी जाली से चयनित धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को निकालने के लिए किया जाता है।<ref name="a1" /> इस प्रकार से क्लोरीन उपचार शब्द को [[क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया|क्लोरीनीकरण अभिक्रिया]] से अधिक प्राथमिकता दी जानी चाहिए क्योंकि क्लोरीनयुक्त उत्पाद, धातु क्लोराइड, त्याग दिया गया उपोत्पाद है और कार्बन स्वयं व्यापक रूप से अप्रयुक्त रहता है। यह विधि एस्टोनिया और कार्बन-यूक्रेन में स्केलेटन द्वारा सीडीसी के व्यावसायिक उत्पादन के लिए पूर्ण रूप से लागू की गई है। अतः उष्णजलीय निक्षारण का उपयोग SiC-CDC के संश्लेषण के लिए भी किया गया है जिससे छिद्रपूर्ण कार्बन फिल्मों और सूक्ष्महीरा संश्लेषण के लिए मार्ग प्राप्त हुआ।<ref name="a17" /><ref name="a18" />
[[Image:Figure2CDC2.jpg|thumb|right|झरझरा कार्बन संरचना तैयार करने के लिए क्लोरीन नक़्क़ाशी की योजना।]]
[[Image:Figure2CDC2.jpg|thumb|right|छिद्रित कार्बन संरचना तैयार करने के लिए क्लोरीन निक्षारण की योजना।]]


===क्लोरीन उपचार===
===क्लोरीन उपचार===
झरझरा कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन की सबसे आम विधि में हैलोजन, आमतौर पर क्लोरीन गैस के साथ उच्च तापमान की नक़्क़ाशी शामिल है। निम्नलिखित सामान्य समीकरण क्लोरीन गैस (एम: सी, टीआई, वी) के साथ धातु कार्बाइड की प्रतिक्रिया का वर्णन करता है; इसी तरह के समीकरण अन्य सीडीसी अग्रदूतों के लिए लिखे जा सकते हैं:
छिद्रित कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन की सबसे सामान्य विधि में हैलोजन, सामान्यतः क्लोरीन गैस के साथ उच्च तापमान की निक्षारण पूर्ण रूप से सम्मिलित है। इस प्रकार से निम्नलिखित सामान्य समीकरण क्लोरीन गैस (M: Si, Ti, V) के साथ धातु कार्बाइड की अभिक्रिया का वर्णन करता है; इसी प्रकार के समीकरण अन्य सीडीसी पूर्वगामी के लिए लिखे जा सकते हैं:


:एमसी (ठोस) + 2 सीएल<sub>2</sub> (गैस) → एमसीएल<sub>4</sub>(गैस) + सी (ठोस)
:MC (ठोस) + 2 Cl<sub>2</sub> (गैस) → MCl<sub>4</sub>(गैस) + C (ठोस)


200 और 1000 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर हैलोजन उपचार से पूर्ववर्ती के आधार पर 50 और ~80 वोल्ट% के बीच छिद्र के साथ अधिकतर अव्यवस्थित छिद्रपूर्ण कार्बन उत्पन्न होते दिखाया गया है। 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान के परिणामस्वरूप मुख्य रूप से ग्रेफाइटिक कार्बन होता है और ग्रेफाइटाइजेशन के कारण सामग्री में सिकुड़न देखी जाती है।
200 और 1000 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर हैलोजन उपचार से पूर्ववर्ती के आधार पर 50 और ~80 वोल्ट% के बीच छिद्र के साथ अधिकतर अव्यवस्थित छिद्रपूर्ण कार्बन उत्पन्न होते दिखाया गया है। अतः 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान के परिणामस्वरूप मुख्य रूप से ग्रेफाइटिक कार्बन होता है और ग्रेफाइटाइजेशन के कारण पदार्थ में संकुचन देखी जाती है।
[[Image:Figure3CDC2.jpg|thumb|right|विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों से प्राप्त सीडीसी की विभिन्न थोक सरंध्रता।]]ठोस कार्बन उत्पाद चरण की रैखिक वृद्धि दर एक प्रतिक्रिया-संचालित गतिज तंत्र का सुझाव देती है, लेकिन मोटी फिल्मों या बड़े कणों के लिए गतिकी प्रसार-सीमित हो जाती है। एक उच्च द्रव्यमान परिवहन स्थिति (उच्च गैस प्रवाह दर) क्लोराइड को हटाने की सुविधा प्रदान करती है और प्रतिक्रिया संतुलन को सीडीसी उत्पाद की ओर स्थानांतरित कर देती है। SiC, TiC, B सहित विभिन्न कार्बाइड अग्रदूतों से CDC संश्लेषण के लिए क्लोरीन उपचार को सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है।<sub>4</sub>सी, बीएसी<sub>2</sub>, सीएसी<sub>2</sub>, करोड़<sub>3</sub>C<sub>2</sub>, फ़े<sub>3</sub>सी, सोम<sub>2</sub>पूछा<sub>4</sub>C<sub>3</sub>, नायब<sub>2</sub>सी, सीनियर सी<sub>2</sub>, वह<sub>2</sub>सी, वीसी, डब्ल्यूसी, डब्ल्यू<sub>2</sub>C, ZrC, टर्नरी कार्बाइड जैसे Ti<sub>2</sub>एएलसी, टीआई<sub>3</sub>AlC<sub>2</sub>, और टीआई<sub>3</sub>सिक<sub>2</sub>, और कार्बोनिट्राइड्स जैसे Ti<sub>2</sub>AlC<sub>0.5</sub>N<sub>0.5</sub>.
[[Image:Figure3CDC2.jpg|thumb|right|विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों से प्राप्त सीडीसी की विभिन्न बल्क सरंध्रता।]]इस प्रकार से ठोस कार्बन उत्पाद चरण की रैखिक वृद्धि दर अभिक्रिया-संचालित गतिज तंत्र का सुझाव देती है, परन्तु मोटी फिल्मों या बड़े कणों के लिए गतिकी प्रसार-सीमित हो जाती है। अतः उच्च द्रव्यमान परिवहन स्थिति (उच्च गैस प्रवाह दर) क्लोराइड को हटाने की सुविधा प्रदान करती है और अभिक्रिया संतुलन को सीडीसी उत्पाद की ओर पूर्ण रूप से स्थानांतरित कर देती है। इस प्रकार से क्लोरीन उपचार को विभिन्न प्रकार के कार्बाइड पूर्वगामी से सीडीसी संश्लेषण के लिए सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है, जिसमें SiC, TiC, B<sub>4</sub>C, BaC<sub>2</sub>, CaC<sub>2</sub>, Cr<sub>3</sub>C<sub>2</sub>, Fe<sub>3</sub>C, Mo<sub>2</sub>C, Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub>, Nb<sub>2</sub>C, SrC<sub>2</sub>, Ta<sub>2</sub>C, VC, WC, W<sub>2</sub>C, ZrC, टर्नरी कार्बाइड जैसे Ti<sub>2</sub>AlC, Ti<sub>3</sub>AlC<sub>2</sub>, और Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>, और कार्बोनिट्राइड जैसे Ti<sub>2</sub>AlC<sub>0.5</sub>N<sub>0.5</sub> सम्मिलित हैं।


अधिकांश उत्पादित सीडीसी कार्बाइड अग्रदूत और संश्लेषण स्थितियों से प्रभावित विशिष्ट वितरण के साथ माइक्रोपोर (<2 एनएम) और मेसोपोर (2 और 50 एनएम के बीच) की व्यापकता प्रदर्शित करते हैं।<ref name="a19" />टेम्प्लेटिंग विधि के साथ या उसके बिना पॉलिमर-व्युत्पन्न सिरेमिक का उपयोग करके पदानुक्रमित सरंध्रता प्राप्त की जा सकती है।<ref name="a20" />टेम्प्लेटिंग से माइक्रोप्रोर्स के अव्यवस्थित नेटवर्क के अलावा मेसोपोर्स की एक क्रमबद्ध सरणी उत्पन्न होती है।
अतः अधिकांश उत्पादित सीडीसी कार्बाइड पूर्वगामी और संश्लेषण स्थितियों से प्रभावित विशिष्ट वितरण के साथ सूक्ष्मरंध्र (<2 एनएम) और मध्य रंध्र (2 और 50 एनएम के बीच) की व्यापकता प्रदर्शित करते हैं। <ref name="a19" /> टेम्प्लेटिंग विधि के साथ या उसके बिना बहुलक-व्युत्पन्न सिरेमिक का उपयोग करके पदानुक्रमित सरंध्रता पूर्ण रूप से प्राप्त की जा सकती है।<ref name="a20" /> इस प्रकार से टेम्प्लेटिंग से सूक्ष्मरंध्र के अव्यवस्थित नेटवर्क के अतिरिक्त मध्य रंध्र की क्रमबद्ध सरणी उत्पन्न होती है। यह दिखाया गया है कि कार्बाइड की प्रारंभिक क्रिस्टल संरचना सीडीसी सरंध्रता को प्रभावित करने वाला प्राथमिक कारक है, विशेषकर कम तापमान वाले क्लोरीन उपचार के लिए है। सामान्यतः, जाली में कार्बन परमाणुओं के बीच बड़ी दूरी औसत छिद्र व्यास में वृद्धि के साथ संबंधित होती है।<ref name="a2" /><ref name="a21" /> अतः जैसे-जैसे संश्लेषण तापमान बढ़ता है, औसत छिद्र व्यास बढ़ता है, जबकि छिद्र आकार का वितरण व्यापक हो जाता है।<ref name="a9" /> यद्यपि, कार्बाइड पूर्वगामी का समग्र आकार और आकार के व्यापक रूप से बनाए रखा जाता है और सीडीसी निर्माण को सामान्यतः अनुरूप प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।<ref name="a19" />
यह दिखाया गया है कि कार्बाइड की प्रारंभिक क्रिस्टल संरचना सीडीसी सरंध्रता को प्रभावित करने वाला प्राथमिक कारक है, खासकर कम तापमान वाले क्लोरीन उपचार के लिए। सामान्य तौर पर, जाली में कार्बन परमाणुओं के बीच एक बड़ी दूरी औसत छिद्र व्यास में वृद्धि के साथ संबंधित होती है।<ref name="a2" /><ref name="a21" />जैसे-जैसे संश्लेषण तापमान बढ़ता है, औसत छिद्र व्यास बढ़ता है, जबकि छिद्र आकार का वितरण व्यापक हो जाता है।<ref name="a9" />हालाँकि, कार्बाइड अग्रदूत का समग्र आकार और आकार काफी हद तक बनाए रखा जाता है और सीडीसी गठन को आमतौर पर एक अनुरूप प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।<ref name="a19" />
[[Image:Figure4CDC.jpg|thumb|right|विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों के लिए छिद्र आकार वितरण।]]
[[Image:Figure4CDC.jpg|thumb|right|विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों के लिए छिद्र आकार वितरण।]]


===वैक्यूम अपघटन===
===निर्वात अपघटन===
{{Main|Graphene#Epitaxial growth on silicon carbide|l1=''Epitaxial graphene''}}
{{Main|Graphene#Epitaxial growth on silicon carbide|l1='' एपीटैक्सीय ग्राफीन''}}


कार्बाइड से धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को वैक्यूम के तहत उच्च तापमान (आमतौर पर 1200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर चुनिंदा रूप से निकाला जा सकता है। अंतर्निहित तंत्र कार्बाइड का असंगत अपघटन है, जो संबंधित कार्बाइड धातुओं की तुलना में कार्बन के उच्च पिघलने बिंदु का उपयोग करता है जो पिघल जाता है और अंततः वाष्पित हो जाता है, जिससे कार्बन पीछे रह जाता है।<ref name="a22" />
इस प्रकार से कार्बाइड से धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को निर्वात के अंतर्गत उच्च तापमान (सामान्यतः 1200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर चयनित रूप से निकाला जा सकता है। अतः अंतर्निहित तंत्र कार्बाइड का असंगत अपघटन है, जो संबंधित कार्बाइड धातुओं की तुलना में कार्बन के उच्च गलनांक का पूर्ण रूप से उपयोग करता है जो द्रवित हो जाता है और अंततः वाष्पित हो जाता है, जिससे कार्बन पश्च रह जाता है।<ref name="a22" />


हैलोजन उपचार की तरह, वैक्यूम अपघटन एक अनुरूप प्रक्रिया है।<ref name="a19" />उच्च तापमान के परिणामस्वरूप परिणामी कार्बन संरचनाएं अधिक व्यवस्थित होती हैं, और कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन प्राप्त किए जा सकते हैं। विशेष रूप से, SiC के वैक्यूम अपघटन के लिए उच्च ट्यूब घनत्व की लंबवत रूप से संरेखित कार्बन नैनोट्यूब फिल्मों की सूचना दी गई है।<ref name="a23" />उच्च ट्यूब घनत्व एक उच्च लोचदार मापांक और उच्च बकलिंग प्रतिरोध में तब्दील हो जाता है जो यांत्रिक और ट्राइबोलॉजिकल अनुप्रयोगों के लिए विशेष रुचि रखता है।<ref name="a24" />
हैलोजन उपचार के जैसे, निर्वात अपघटन अनुरूप प्रक्रिया है।<ref name="a19" /> इस प्रकार से उच्च तापमान के परिणामस्वरूप परिणामी कार्बन संरचनाएं अधिक व्यवस्थित होती हैं, और कार्बन नैनोनलिका और ग्राफीन प्राप्त किए जा सकते हैं। अतः विशेष रूप से, SiC के निर्वात अपघटन के लिए उच्च नलिका घनत्व की लंबवत रूप से संरेखित कार्बन नैनोनलिका फिल्मों की सूचना दी गई है।<ref name="a23" /> उच्च नलिका घनत्व उच्च लोचदार मापांक और उच्च आकुंचन प्रतिरोध में परिवर्तित हो जाता है जो यांत्रिक और जनजातीय अनुप्रयोगों के लिए विशेष रुचि रखता है।<ref name="a24" />
 
जबकि कार्बन नैनोट्यूब का निर्माण तब होता है जब ट्रेस ऑक्सीजन की मात्रा मौजूद होती है, बहुत उच्च वैक्यूम स्थितियां (लगभग 10<sup>−8</sup>–10<sup>−10</sup>torr) के परिणामस्वरूप ग्राफीन शीट का निर्माण होता है। यदि स्थितियाँ बनी रहती हैं, तो ग्राफीन थोक ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाता है। विशेष रूप से, 1200-1500 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल (वेफर्स) को वैक्यूम एनीलिंग करके,<ref name="a16" />धातु/मेटलॉइड परमाणुओं को चुनिंदा रूप से हटा दिया जाता है और 1-3 परत ग्राफीन (उपचार के समय के आधार पर) की एक परत बनाई जाती है, जो सिलिकॉन कार्बाइड की 3 परतों के ग्राफीन के एक मोनोलेयर में अनुरूप परिवर्तन से गुजरती है।<ref name="a25" />इसके अलावा, ग्राफीन का निर्माण 6H-SiC क्रिस्टल के सी-फेस पर प्राथमिकता से होता है, जबकि नैनोट्यूब विकास SiC के सी-फेस पर पसंदीदा होता है।<ref name="a23" />
 
 
===हाइड्रोथर्मल अपघटन===
उच्च तापमान (300-1000 डिग्री सेल्सियस) और दबाव (2-200 एमपीए) पर कार्बाइड से धातु परमाणुओं को हटाने की सूचना मिली है। धातु कार्बाइड और पानी के बीच निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ संभव हैं:
 
:{{frac|x|2}} MC + x H<sub>2</sub>ओ → एम<sub>{{frac|x|2}}</sub>O<sub>x</sub> + {{frac|x|2}} सीएच<sub>4</sub>
: एमसी + (x+1) H<sub>2</sub>ओ → मो<sub>x</sub> + CO + (x+1) H<sub>2</sub>
: एमसी + (x+2) H<sub>2</sub>ओ → मो<sub>x</sub> + सीओ<sub>2</sub> + (x+2) H<sub>2</sub>
: एमसी + एक्स एच<sub>2</sub>ओ → मो<sub>x</sub> + सी + एक्स एच<sub>2</sub>
केवल अंतिम प्रतिक्रिया से ही ठोस कार्बन प्राप्त होता है। कार्बन युक्त गैसों की उपज दबाव के साथ बढ़ती है (ठोस कार्बन की उपज घटती है) और तापमान के साथ घटती है (कार्बन की उपज बढ़ती है)। प्रयोग करने योग्य झरझरा कार्बन सामग्री का उत्पादन करने की क्षमता गठित धातु ऑक्साइड (जैसे SiO) की घुलनशीलता पर निर्भर है<sub>2</sub>) सुपरक्रिटिकल पानी में। SiC, TiC, WC, TaC और NbC के लिए हाइड्रोथर्मल कार्बन निर्माण की सूचना दी गई है। धातु ऑक्साइड की अघुलनशीलता, उदाहरण के लिए TiO<sub>2</sub>, कुछ धातु कार्बाइड (उदाहरण के लिए, Ti.) के लिए एक महत्वपूर्ण जटिलता है<sub>3</sub>सिक<sub>2</sub>).<ref name="a19" /><ref name="a26" />


जबकि कार्बन नैनोनलिका का निर्माण तब होता है जब ट्रेस ऑक्सीजन की मात्रा स्थित होती है, बहुत उच्च निर्वात स्थितियां (लगभग 10<sup>−8</sup>–10<sup>−10</sup>टोर) के परिणामस्वरूप ग्राफीन शीट का निर्माण होता है। इस प्रकार से यदि स्थितियाँ बनी रहती हैं, तो ग्राफीन बल्क ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाता है। विशेष रूप से, 1200-1500 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल (वेफर्स) को निर्वात एनीलन करके,<ref name="a16" /> धातु/मेटलॉइड परमाणुओं को चयनित रूप से हटा दिया जाता है और 1-3 परत ग्राफीन (उपचार के समय के आधार पर) की एक परत बनाई जाती है, जो सिलिकॉन कार्बाइड की 3 परतों के ग्राफीन के एकल परत में अनुरूप परिवर्तन से गुजरती है।<ref name="a25" /> अतः इसके अतिरिक्त, ग्राफीन का निर्माण 6H-SiC क्रिस्टल के सी-शीर्ष पर प्राथमिकता से होता है, जबकि नैनोनलिका विकास SiC के सी-शीर्ष पर चयनित होता है।<ref name="a23" />
===उष्णजलीय अपघटन===
उच्च तापमान (300-1000 डिग्री सेल्सियस) और दाब (2-200 एमपीए) पर कार्बाइड से धातु परमाणुओं को हटाने की सूचना मिली है। इस प्रकार से धातु कार्बाइड और जल के बीच निम्नलिखित अभिक्रियाएँ संभव हैं:


:x⁄2 MC + x H<sub>2</sub>O → M<sub>x⁄2</sub>O<sub>x</sub> + x⁄2 CH<sub>4</sub>
: MC + (x+1) H<sub>2</sub>O → MO<sub>x</sub> + CO + (x+1) H<sub>2</sub>
: MC + (x+2) H<sub>2</sub>O → MO<sub>x</sub> + CO<sub>2</sub> + (x+2) H<sub>2</sub>
: MC + x H<sub>2</sub>O → MO<sub>x</sub> + C + x H<sub>2</sub>
मात्र अंतिम अभिक्रिया से ही ठोस कार्बन प्राप्त होता है। अतः कार्बन युक्त गैसों की उपज दाब के साथ बढ़ती है (ठोस कार्बन की उपज घटती है) और तापमान के साथ घटती है (कार्बन की उपज बढ़ती है)। प्रयोग करने योग्य छिद्रित कार्बन पदार्थ का उत्पादन करने की क्षमता अतिक्रांतिक जल में निर्मित धातु ऑक्साइड (जैसे SiO<sub>2</sub>) की घुलनशीलता पर निर्भर करती है। इस प्रकार से SiC, TiC, WC, TaC और NbC के लिए उष्णजलीय कार्बन निर्माण की सूचना पूर्ण रूप से दी गई है। धातु ऑक्साइड की अघुलनशीलता, उदाहरण के लिए TiO<sub>2</sub>, कुछ धातु कार्बाइड (उदाहरण के लिए, Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>) के लिए एक महत्वपूर्ण जटिलता है।<ref name="a19" /><ref name="a26" />
==अनुप्रयोग==
==अनुप्रयोग==
{{See also|Electric double-layer capacitor|Capa vehicle}}
{{See also|इलेक्ट्रिक द्वि-परत संधारित्र|कैपा वाहन}}
कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन का एक अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक डबल लेयर कैपेसिटर के लिए इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री के रूप में होता है जिसे आमतौर पर सुपरकैपेसिटर या अल्ट्राकैपेसिटर के रूप में जाना जाता है। यह उच्च सतह क्षेत्र के साथ संयुक्त उनकी अच्छी विद्युत चालकता से प्रेरित है,<ref name="a27" />बड़ी माइक्रोपोर मात्रा,<ref name="a21" />और छिद्र आकार नियंत्रण<ref name="a28" />जो झरझरा कार्बन इलेक्ट्रोड की सरंध्रता मेट्रिक्स को एक निश्चित इलेक्ट्रोलाइट से मिलाने में सक्षम बनाता है।<ref name="a29" />विशेष रूप से, जब छिद्र का आकार इलेक्ट्रोलाइट में (विघटित) आयन के आकार के करीब पहुंचता है, तो धारिता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। विद्युत प्रवाहकीय कार्बन सामग्री सुपरकैपेसिटर उपकरणों में प्रतिरोध हानि को कम करती है और चार्ज स्क्रीनिंग और कारावास को बढ़ाती है,<ref name="a30" />माइक्रोपोरस सीडीसी इलेक्ट्रोड की पैकिंग घनत्व और उसके बाद की चार्ज भंडारण क्षमता को अधिकतम करना।<ref name="a31" /><ref name="a32" /><ref name="a33" />
[[Image:Figure5CDC.jpg|thumb|right|सॉल्वेटेड आयनों को छिद्रों में कैद करना, जैसे सीडीसी में मौजूद आयन। जैसे-जैसे छिद्र का आकार सॉल्वेशन शेल के आकार के करीब पहुंचता है, सॉल्वेंट अणु हटा दिए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आयनिक पैकिंग घनत्व बड़ा होता है और चार्ज भंडारण क्षमता बढ़ जाती है।]]सीडीसी इलेक्ट्रोड को जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स में 190 एफ/जी और कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स में 180 एफ/जी तक की ग्रेविमेट्रिक कैपेसिटेंस उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है।<ref name="a29" />मिलान आयन/छिद्र प्रणालियों के लिए उच्चतम समाई मान देखे जाते हैं, जो सुपरियोनिक अवस्था में छिद्रों में आयनों की उच्च-घनत्व पैकिंग की अनुमति देते हैं।<ref name="a34" />हालाँकि, छोटे छिद्र, विशेष रूप से जब एक समग्र बड़े कण व्यास के साथ संयुक्त होते हैं, तो चार्ज/डिस्चार्ज साइक्लिंग के दौरान आयन गतिशीलता पर एक अतिरिक्त प्रसार सीमा लगाते हैं। सीडीसी संरचना में मेसोपोर की व्यापकता चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान अधिक आयनों को एक-दूसरे से आगे बढ़ने की अनुमति देती है, जिससे तेज स्कैन दर और बेहतर दर प्रबंधन क्षमताओं की अनुमति मिलती है।<ref name="a35" />इसके विपरीत, नैनोकण कार्बाइड अग्रदूतों को लागू करने से, छोटे छिद्र चैनल उच्च इलेक्ट्रोलाइट गतिशीलता की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तेज चार्ज/डिस्चार्ज दर और उच्च शक्ति घनत्व होता है।<ref name="a36" />
 


==प्रस्तावित आवेदन==
अतः कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन का अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक द्वि परत संधारित्र के लिए इलेक्ट्रोड में सक्रिय पदार्थ के रूप में होता है जिसे सामान्यतः अतिसंधारित्र या अल्ट्रासंधारित्र के रूप में जाना जाता है। यह उच्च सतह क्षेत्र, बड़े सूक्ष्मरंध्र मात्रा और छिद्र आकार नियंत्रण के साथ संयुक्त उनकी ठीक विद्युत चालकता से प्रेरित है जो छिद्रपूर्ण कार्बन इलेक्ट्रोड के छिद्र मापन को एक निश्चित विद्युत् अपघट्य से मेल खाने में सक्षम बनाता है।<ref name="a27" /><ref name="a21" /><ref name="a28" /><ref name="a29" /> विशेष रूप से, जब छिद्र का आकार विद्युत् अपघट्य में (विघटित) आयन के आकार के निकट पहुंचता है, तो धारिता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। इस प्रकार से विद्युत प्रवाहकीय कार्बन पदार्थ अतिसंधारित्र उपकरणों में प्रतिरोध हानि को कम करती है और आवेश स्क्रीनिंग और परिरोधन को बढ़ाती है,<ref name="a30" /> पैकिंग घनत्व को अधिकतम करती है और सूक्ष्मरंध्री सीडीसी इलेक्ट्रोड के बाद के आवेश भंडारण क्षमता को अधिकतम करती है।<ref name="a31" /><ref name="a32" /><ref name="a33" />
[[Image:Figure5CDC.jpg|thumb|right|सॉल्वेटेड आयनों को छिद्रों में कैप्चर करना, जैसे सीडीसी में स्थित आयन। जैसे-जैसे छिद्र का आकार विलायकन शेल के आकार के निकट पहुंचता है, विलायक अणु हटा दिए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आयनिक पैकिंग घनत्व बड़ा होता है और आवेश भंडारण क्षमता बढ़ जाती है।]]अतः सीडीसी इलेक्ट्रोड को जलीय विद्युत् अपघट्य में 190 एफ/जी और कार्बनिक विद्युत् अपघट्य में 180 एफ/जी तक की गुरुत्वमापी धारिता उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है।<ref name="a29" /> इस प्रकार से मिलान आयन/छिद्र प्रणालियों के लिए उच्चतम धारिता मान देखे जाते हैं, जो अतिआयनिक अवस्था में छिद्रों में आयनों की उच्च-घनत्व पैकिंग की अनुमति देते हैं।<ref name="a34" /> यद्यपि, छोटे छिद्र, विशेष रूप से जब समग्र बड़े कण व्यास के साथ संयुक्त होते हैं, तो आवेश/अनावेश चक्रण के समय आयन गतिशीलता पर अतिरिक्त प्रसार सीमा लगाते हैं। अतः सीडीसी संरचना में मध्य रंध्र की व्यापकता आवेशन और अनावेशन के समय अधिक आयनों को एक-दूसरे से आगे बढ़ने की अनुमति देती है, जिससे तीव्र स्कैन दर और स्पष्ट दर प्रबंधन क्षमताओं की अनुमति मिलती है।<ref name="a35" /> इस प्रकार से इसके विपरीत, सूक्ष्मकण कार्बाइड पूर्वगामी को लागू करने से, छोटे छिद्र चैनल उच्च विद्युत् अपघट्य गतिशीलता की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तीव्र आवेश/अनावेश दर और उच्च शक्ति घनत्व होता है।<ref name="a36" />
==प्रस्तावित अनुप्रयोग==


===गैस भंडारण और कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चरिंग===
===गैस भंडारण और कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चरिंग===
TiC-CDC KOH या CO के साथ सक्रिय होता है<sub>2</sub> 21 भार% तक मीथेन को 25 डिग्री सेल्सियस पर उच्च दबाव पर संग्रहित करें। 0.50-0.88 एनएम व्यास रेंज में सबनैनोमीटर छिद्रों वाले सीडीसी ने 7.1 मोल सीओ तक भंडारण दिखाया है<sub>2</sub>/किग्रा 1 बार और 0°C पर।<ref name="a37" />सीडीसी 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 3 wt.% हाइड्रोजन तक संग्रहीत करते हैं, सीडीसी सामग्रियों के रासायनिक या भौतिक सक्रियण के परिणामस्वरूप अतिरिक्त वृद्धि संभव है। बड़े सबनैनोमीटर छिद्र मात्रा के साथ SiOC-CDC 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 5.5 wt.% से अधिक हाइड्रोजन संग्रहीत करने में सक्षम है, जो ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए 6 wt.% भंडारण घनत्व के अमेरिकी ऊर्जा विभाग के लक्ष्य तक पहुंचता है। उन स्थितियों में इस सामग्री के लिए 21.5 wt.% से अधिक मीथेन भंडारण घनत्व प्राप्त किया जा सकता है। विशेष रूप से, सबनैनोमीटर व्यास और बड़े छिद्र मात्रा वाले छिद्रों की प्रबलता भंडारण घनत्व को बढ़ाने में सहायक होती है।<ref name="a38" />
अतः TiC-CDC उच्च दबाव पर 25 डिग्री सेल्सियस पर 21 wt.% मीथेन तक KOH या CO<sub>2</sub> संग्रहण के साथ सक्रिय होता है। 0.50-0.88 एनएम व्यास क्षेत्र में उपनैनोमीटर छिद्रों वाले सीडीसी ने 1 बार और 0 डिग्री सेल्सियस पर 7.1 मोल CO<sub>2</sub>/किग्रा तक भंडारण दिखाया है।<ref name="a37" /> इस प्रकार से सीडीसी 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 3 wt.% हाइड्रोजन तक संग्रहीत करते हैं, सीडीसी पदार्थों के रासायनिक या भौतिक सक्रियण के परिणामस्वरूप अतिरिक्त वृद्धि संभव है। बड़े उपनैनोमीटर छिद्र मात्रा के साथ SiOC-CDC 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 5।5 wt.% से अधिक हाइड्रोजन संग्रहीत करने में सक्षम है, जो स्वचालित अनुप्रयोगों के लिए 6 wt.% भंडारण घनत्व के अमेरिकी ऊर्जा विभाग के लक्ष्य तक पहुंचता है। अतः उन स्थितियों में इस पदार्थ के लिए 21.5 wt.% से अधिक मीथेन भंडारण घनत्व पूर्ण रूप से प्राप्त किया जा सकता है। विशेष रूप से, उपनैनोमीटर व्यास और बड़े छिद्र मात्रा वाले छिद्रों की प्रबलता भंडारण घनत्व को बढ़ाने में सहायक होती है।<ref name="a38" />
 
===जनजातीय लेपन===
 
इस प्रकार से निर्वात एनीलन (ईएसके) या सीआईसी सिरेमिक के क्लोरीन उपचार द्वारा प्राप्त सीडीसी फिल्में कम घर्षण गुणांक उत्पन्न करती हैं। SiC का घर्षण गुणांक, जो अपनी उच्च यांत्रिक शक्ति और कठोरता के लिए जनजातीय अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए शुष्क परिस्थितियों में ~0.7 से ~0.2 या उससे कम हो सकता है।<ref name="a39" /> अतः यह उल्लेख करना महत्वपूर्ण है कि ग्रेफाइट शुष्क वातावरण में कार्य नहीं कर सकता है। सीडीसी का छिद्रपूर्ण 3-विमीय नेटवर्क उच्च तन्यता और बढ़ी हुई यांत्रिक शक्ति की अनुमति देता है, जो लागू बल के अंतर्गत फिल्म के भंजन को कम करता है। इस प्रकार से उन लेपन का अनुप्रयोग गतिशील सीलों में होता है। घर्षण गुणों को उच्च तापमान वाले हाइड्रोजन एनीलन और उसके बाद निलंबित बंधों की हाइड्रोजन समाप्ति के साथ और अधिक अनुकूलित किया जा सकता है।<ref name="a40" />
===ट्राइबोलॉजिकल कोटिंग्स===
===प्रोटीन अधिशोषण===
वैक्यूम एनीलिंग (ईएसके) या सीआईसी सिरेमिक के क्लोरीन उपचार द्वारा प्राप्त सीडीसी फिल्में कम घर्षण गुणांक उत्पन्न करती हैं। SiC का घर्षण गुणांक, जो अपनी उच्च यांत्रिक शक्ति और कठोरता के लिए जनजातीय अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए शुष्क परिस्थितियों में ~0.7 से ~0.2 या उससे कम हो सकता है।<ref name="a39" />यह उल्लेख करना महत्वपूर्ण है कि ग्रेफाइट शुष्क वातावरण में काम नहीं कर सकता है। सीडीसी का छिद्रपूर्ण 3-आयामी नेटवर्क उच्च लचीलापन और बढ़ी हुई यांत्रिक शक्ति की अनुमति देता है, जो लागू बल के तहत फिल्म के फ्रैक्चर को कम करता है। उन कोटिंग्स का अनुप्रयोग गतिशील सीलों में होता है। घर्षण गुणों को उच्च तापमान वाले हाइड्रोजन एनीलिंग और उसके बाद लटकते बांडों की हाइड्रोजन समाप्ति के साथ और अधिक अनुकूलित किया जा सकता है।<ref name="a40" />
अतः मध्य रंध्री संरचना वाले कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन जैव द्रव से बड़े अणुओं को हटा देते हैं। अन्य कार्बनों के जैसे, सीडीसी में ठीक जैव अनुकूलता होती है।<ref name="a41" /> रक्त प्लाज्मा से टीएनएफ-अल्फा, आईएल-6 और आईएल-1बीटा जैसे साइटोकायिन को हटाने के लिए सीडीसी का निष्पादन किया गया है। इस प्रकार से ये जीवाणु संक्रमण के समय निकाय में जारी होने वाले सबसे सामान्य ग्रहीता-बंधन कारक हैं जो आक्षेप के समय प्राथमिक उत्तेजक अभिक्रिया का कारण बनते हैं और रक्तविषंणता की संभावित घातकता को बढ़ाते हैं, जिससे उनका निष्कासन बहुत ही महत्वपूर्ण चिंता का विषय बन जाता है।<ref name="a42" /> अतः उपरोक्त साइटोकायिन को हटाने की दरें और स्तर (30 मिनट के भीतर 85-100% हटा दिए गए) तुलनीय सक्रिय कार्बन के लिए देखी गई तुलना में अधिक हैं।<ref name="a42" />
 
 
===प्रोटीन सोखना===
मेसोपोरस संरचना वाले कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन बायोफ्लुइड्स से बड़े अणुओं को हटा देते हैं। अन्य कार्बनों की तरह, सीडीसी में अच्छी जैव अनुकूलता होती है।<ref name="a41" />रक्त प्लाज्मा से टीएनएफ-अल्फा, आईएल-6 और आईएल-1बीटा जैसे साइटोकिन्स को हटाने के लिए सीडीसी का प्रदर्शन किया गया है। ये जीवाणु संक्रमण के दौरान शरीर में जारी होने वाले सबसे आम रिसेप्टर-बाइंडिंग एजेंट हैं जो हमले के दौरान प्राथमिक सूजन प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं और सेप्सिस की संभावित घातकता को बढ़ाते हैं, जिससे उनका निष्कासन एक बहुत ही महत्वपूर्ण चिंता का विषय बन जाता है।<ref name="a42" />उपरोक्त साइटोकिन्स को हटाने की दरें और स्तर (30 मिनट के भीतर 85-100% हटा दिए गए) तुलनीय सक्रिय कार्बन के लिए देखी गई तुलना में अधिक हैं।<ref name="a42" />
 
 
===उत्प्रेरक समर्थन===
===उत्प्रेरक समर्थन===
{{See also|Catalyst support}}
{{See also|उत्प्रेरक समर्थन}}
क्लोरीन उपचार के दौरान Pt नैनोकणों को SiC/C इंटरफ़ेस में पेश किया जा सकता है (Pt के रूप में)<sub>3</sub>क्लोरीन<sub>3</sub>). कण सामग्री के माध्यम से फैलकर पीटी कण सतहों का निर्माण करते हैं, जो उत्प्रेरक समर्थन परतों के रूप में काम कर सकते हैं।<ref name="a43" />विशेष रूप से, पीटी के अलावा, सोने जैसे अन्य महान तत्वों को छिद्रों में जमा किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप नैनोकणों का आकार सीडीसी सब्सट्रेट के छिद्र आकार और समग्र छिद्र आकार वितरण द्वारा नियंत्रित होता है।<ref name="a44" />ऐसे सोने या प्लैटिनम नैनोकण सतह कोटिंग का उपयोग किए बिना भी 1 एनएम से छोटे हो सकते हैं।<ref name="a44" />विभिन्न सीडीसी में एयू नैनोकण (टीआईसी-सीडीसी, मो<sub>2</sub>सी-सीडीसी, बी<sub>4</sub>सी-सीडीसी) कार्बन मोनोऑक्साइड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है।<ref name="a44" />
 
 
===कैपेसिटिव विआयनीकरण (सीडीआई)===
{{See also|Capacitive deionization}}
चूँकि प्रयोगशाला अनुसंधान, उद्योग और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर रासायनिक संश्लेषण के लिए विआयनीकृत पानी प्राप्त करने के लिए पानी का अलवणीकरण और शुद्धिकरण महत्वपूर्ण है, इस अनुप्रयोग के लिए झरझरा सामग्री के उपयोग में विशेष रुचि प्राप्त हुई है। कैपेसिटिव विआयनीकरण एक सुपरकैपेसिटर की समानता के साथ फैशन में संचालित होता है। जैसे ही एक आयन युक्त पानी (इलेक्ट्रोलाइट) पूरे सिस्टम में लागू क्षमता वाले दो छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोडों के बीच प्रवाहित होता है, संबंधित आयन दो टर्मिनलों के छिद्रों में एक दोहरी परत में इकट्ठा होते हैं, जिससे शुद्धिकरण उपकरण से निकलने वाले तरल में आयन सामग्री कम हो जाती है। .<ref name="a45" />इलेक्ट्रोलाइट में आयनों के आकार से निकटता से मेल खाने के लिए कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन की क्षमता के कारण, सीडीसी और सक्रिय कार्बन पर आधारित अलवणीकरण उपकरणों की साइड-बाय-साइड तुलना ने सक्रिय की तुलना में 1.2-1.4 वी रेंज में महत्वपूर्ण दक्षता वृद्धि देखी। कार्बन.<ref name="a45" />


इस प्रकार से क्लोरीन उपचार के समय Pt सूक्ष्मकणों को SiC/C इंटरफ़ेस में प्रस्तुत किया जा सकता है (Pt<sub>3</sub>Cl<sub>3</sub> के रूप में)। कण पदार्थ के माध्यम से विस्तृत होकर Pt कण सतहों का निर्माण करते हैं, जो उत्प्रेरक समर्थन परतों के रूप में कार्य कर सकते हैं।<ref name="a43" /> विशेष रूप से, Pt के अतिरिक्त, सोने जैसे अन्य उत्कृष्ट तत्वों को छिद्रों में एकत्रित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सूक्ष्मकणों का आकार सीडीसी कार्य द्रव के छिद्र आकार और समग्र छिद्र आकार वितरण द्वारा नियंत्रित होता है।<ref name="a44" /> ऐसे सोने या प्लैटिनम सूक्ष्मकण सतह लेपन का उपयोग किए बिना भी 1 एनएम से छोटे हो सकते हैं।<ref name="a44" /> अतः विभिन्न सीडीसी (TiC-CDC, Mo<sub>2</sub>C-CDC, B<sub>4</sub>C-CDC) में Au नैनोकण कार्बन मोनोऑक्साइड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करते हैं।<ref name="a44" />
===संधारित्र विआयनीकरण (सीडीआई)===
{{See also|संधारित्र विआयनीकरण}}


चूँकि प्रयोगशाला अनुसंधान, उद्योग और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर रासायनिक संश्लेषण के लिए विआयनीकृत जल प्राप्त करने के लिए जल का अलवणीकरण और शुद्धिकरण महत्वपूर्ण है, इस अनुप्रयोग के लिए छिद्रित पदार्थ के उपयोग में विशेष रुचि प्राप्त हुई है। इस प्रकार से संधारित्र विआयनीकरण अतिसंधारित्र की समानता के साथ चलन में संचालित होता है। जैसे ही आयन युक्त जल (विद्युत् अपघट्य) पूर्ण प्रणाली में लागू क्षमता वाले दो छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोडों के बीच प्रवाहित होता है, संबंधित आयन दो टर्मिनलों के छिद्रों में दोहरी परत में एकत्रित होते हैं, जिससे शुद्धिकरण उपकरण से निकलने वाले तरल में आयन पदार्थ कम हो जाती है।<ref name="a45" /> अतः विद्युत् अपघट्य में आयनों के आकार से निकटता से मेल खाने के लिए कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन की क्षमता के कारण, सीडीसी और सक्रिय कार्बन पर आधारित अलवणीकरण उपकरणों की साइड-बाय-साइड तुलना ने सक्रिय कार्बन की तुलना में 1.2-1.4 वी क्षेत्र में महत्वपूर्ण दक्षता वृद्धि देखी।<ref name="a45" />
==व्यावसायिक उत्पादन और अनुप्रयोग==
==व्यावसायिक उत्पादन और अनुप्रयोग==
औद्योगिक धातु क्लोराइड संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होने के बाद, सीडीसी में निश्चित रूप से मध्यम लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन की क्षमता है। वर्तमान में, केवल छोटी कंपनियाँ ही कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन और वाणिज्यिक उत्पादों में उनके कार्यान्वयन में संलग्न हैं। उदाहरण के लिए, स्केलेटन, जो टार्टू, एस्टोनिया में स्थित है, और कार्बन-यूक्रेन, जो कीव, यूक्रेन में स्थित है, के पास सुपरकैपेसिटर, गैस भंडारण और निस्पंदन अनुप्रयोगों के लिए छिद्रित कार्बन की एक विविध उत्पाद लाइन है। इसके अलावा, दुनिया भर में कई शिक्षा और अनुसंधान संस्थान सीडीसी संरचना, संश्लेषण, या (अप्रत्यक्ष रूप से) विभिन्न उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए उनके अनुप्रयोग के बुनियादी अनुसंधान में लगे हुए हैं।
इस प्रकार से औद्योगिक धातु क्लोराइड संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होने के बाद, सीडीसी में निश्चित रूप से मध्यम लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन की क्षमता है। अतः वर्तमान में, मात्र छोटी कंपनियाँ ही कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन और वाणिज्यिक उत्पादों में उनके कार्यान्वयन में संलग्न हैं। उदाहरण के लिए, स्केलेटन, जो टार्टू, एस्टोनिया में स्थित है, और कार्बन-यूक्रेन, जो कीव, यूक्रेन में स्थित है, के निकट अतिसंधारित्र, गैस भंडारण और निस्पंदन अनुप्रयोगों के लिए छिद्रित कार्बन की विविध उत्पाद पंक्ति है। इस प्रकार से इसके अतिरिक्त, संसार भर में कई शिक्षा और अनुसंधान संस्थान सीडीसी संरचना, संश्लेषण, या (अप्रत्यक्ष रूप से) विभिन्न उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए उनके अनुप्रयोग के मूलभूत अनुसंधान में लगे हुए हैं।


==यह भी देखें==
==यह भी देखें==
*[[हाइड्रोजन भंडारण]]
*[[हाइड्रोजन भंडारण]]
*[[हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था]]
*[[हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था]]
*[[नैनो]]टेक्नोलॉजी
*[[नैनो]] तकनीक
* [[नेनोसामग्री]]
* [[नेनोसामग्री|नेनोपदार्थ]]
* [[नैनोइंजीनियरिंग]]
* [[नैनोइंजीनियरिंग]]
* [[कार्बन के अपररूप]]
* [[कार्बन के अपररूप]]
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== बाहरी संबंध ==
== बाहरी संबंध ==
* http://nano.materials.drexel.edu
* [http://nano.materials.drexel.edu http://nano।materials।drexel।edu]
* http://skeletontech.com/
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* http://carbon.org.ua/
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{{Allotropes of carbon}}
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Latest revision as of 14:08, 3 August 2023

कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन (सीडीसी), जिसे ट्यूनेबल सूक्ष्म रंध्री कार्बन के रूप में भी जाना जाता है, यह एक कार्बाइड पूर्वगामी से प्राप्त कार्बन पदार्थ के लिए सामान्य शब्द है, (जैसे SiC, TiC), या टर्नरी कार्बाइड, जिसे MAX चरणों (जैसे, Ti2AlC, Ti3SiC2) के रूप में भी जाना जाता।[1][2][3][4] सीडीसी को बहुलक-व्युत्पन्न सिरेमिक जैसे Si-O-C or Ti-C, और कार्बोनिट्राइड, जैसे Si-N-C से भी प्राप्त किया गया है।[5][6][7] सीडीसी विभिन्न संरचनाओं में हो सकते हैं, अक्रिस्टलीय से लेकर क्रिस्टलीय कार्बन तक, sp2-से sp3-बंधित, और अत्यधिक छिद्रपूर्ण से पूर्णतः सघन तक है। दूसरों के अतिरिक्त, निम्नलिखित कार्बन संरचनाएं कार्बाइड पूर्वगामी से प्राप्त की गई हैं: जैसे कि सूक्ष्म और मध्य रंध्री कार्बन, अक्रिस्टलीय कार्बन, कार्बन नैनोनलिका, प्याज जैसा कार्बन, नैनोक्रिस्टलाइन हीरा, ग्राफीन और ग्रेफाइट आदि।[1] इस प्रकार से कार्बन पदार्थों के बीच, सूक्ष्मरंध्री सीडीसी उच्चतम रिपोर्ट किए गए विशिष्ट सतह क्षेत्रों (3000m2/g से अधिक तक) का निष्पादन करते हैं।[8] अतः पूर्वगामी के प्रकार और सीडीसी संश्लेषण स्थितियों को अलग करके, नियंत्रणीय औसत छिद्र आकार और छिद्र आकार वितरण के साथ सूक्ष्मरंध्री और मध्य रंध्री संरचनाओं का उत्पादन किया जा सकता है। पूर्वगामी और संश्लेषण स्थितियों के आधार पर, औसत छिद्र आकार नियंत्रण उप-एंगस्ट्रॉम यथार्थता पर लागू किया जा सकता है।[9] छिद्रों के आकार और आकृतियों को यथार्थ रूप से समायोजित करने की यह क्षमता सीडीसी को तरल पदार्थ और गैसों (जैसे, हाइड्रोजन, मीथेन, CO2) के चयनात्मक शुष्कन और भंडारण के लिए आकर्षक बनाती है और उच्च विद्युत चालकता और विद्युत रासायनिक स्थिरता इन संरचनाओं को विद्युत ऊर्जा भंडारण और संधारित्र जल अलवणीकरण में प्रभावी रूप से लागू करने की अनुमति देती है।

इतिहास

इस प्रकार से क्लोरीन गैस की उच्च तापमान अभिक्रिया द्वारा SiCl4 का पहली बार 1918 में ओटिस हचिन्स द्वारा पेटेंट कराया गया था, इस प्रक्रिया को 1956 में उच्च उपज के लिए पूर्ण रूप से अनुकूलित किया गया था।[10][11] ठोस छिद्रित कार्बन उत्पाद को प्रारम्भ में अपशिष्ट उपोत्पाद के रूप में माना जाता था जब तक कि इसके गुणों और संभावित अनुप्रयोगों की 1959 में वाल्टर मोहन द्वारा अधिक विस्तार से जांच नहीं की गई थी।[12] अतः 1960-1980 के दशक में अधिकांशतः रूसी वैज्ञानिकों द्वारा हैलोजन उपचार के माध्यम से सीडीसी के संश्लेषण पर शोध किया गया था,[13][14] जबकि 1990 के दशक में सीडीसी प्राप्त करने के वैकल्पिक मार्ग के रूप में उष्णजलीय उपचार की खोज की गई थी।[15] वर्तमान में, अनुसंधान गतिविधियाँ अनुकूलित सीडीसी संश्लेषण और नैनोइंजीनियर्ड सीडीसी पूर्वगामी पर केंद्रित हुई हैं।

नामपद्धति

इस प्रकार से ऐतिहासिक रूप से, सीडीसी के लिए विभिन्न शब्दों का उपयोग किया गया है, जैसे कि खनिज कार्बन या सूक्ष्म रंध्री कार्बन आदि।[12] बाद में, यूरी गोगोत्सी द्वारा प्रस्तुत एक अधिक पर्याप्त नामकरण को अपनाया गया जो स्पष्ट रूप से पूर्वगामी को दर्शाता है।[9] उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड से प्राप्त सीडीसी को SiC-CDC, Si-CDC, या SiCDC कहा गया है। अतः वर्तमान में, पूर्वगामी की रासायनिक संरचना (उदाहरण के लिए B4C-CDC, Ti3SiC2-CDC, W2C-CDC) को प्रतिबिंबित करने के लिए एक एकीकृत पूर्वगामी-सीडीसी-नामकरण का पालन करने की संस्तुति की गई थी।[1]

संश्लेषण

सीडीसी को कई रासायनिक और भौतिक संश्लेषण विधियों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया है। सामान्यतः, शुष्क क्लोरीन उपचार का उपयोग कार्बाइड पूर्वगामी जाली से चयनित धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को निकालने के लिए किया जाता है।[1] इस प्रकार से क्लोरीन उपचार शब्द को क्लोरीनीकरण अभिक्रिया से अधिक प्राथमिकता दी जानी चाहिए क्योंकि क्लोरीनयुक्त उत्पाद, धातु क्लोराइड, त्याग दिया गया उपोत्पाद है और कार्बन स्वयं व्यापक रूप से अप्रयुक्त रहता है। यह विधि एस्टोनिया और कार्बन-यूक्रेन में स्केलेटन द्वारा सीडीसी के व्यावसायिक उत्पादन के लिए पूर्ण रूप से लागू की गई है। अतः उष्णजलीय निक्षारण का उपयोग SiC-CDC के संश्लेषण के लिए भी किया गया है जिससे छिद्रपूर्ण कार्बन फिल्मों और सूक्ष्महीरा संश्लेषण के लिए मार्ग प्राप्त हुआ।[16][17]

छिद्रित कार्बन संरचना तैयार करने के लिए क्लोरीन निक्षारण की योजना।

क्लोरीन उपचार

छिद्रित कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन की सबसे सामान्य विधि में हैलोजन, सामान्यतः क्लोरीन गैस के साथ उच्च तापमान की निक्षारण पूर्ण रूप से सम्मिलित है। इस प्रकार से निम्नलिखित सामान्य समीकरण क्लोरीन गैस (M: Si, Ti, V) के साथ धातु कार्बाइड की अभिक्रिया का वर्णन करता है; इसी प्रकार के समीकरण अन्य सीडीसी पूर्वगामी के लिए लिखे जा सकते हैं:

MC (ठोस) + 2 Cl2 (गैस) → MCl4(गैस) + C (ठोस)

200 और 1000 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर हैलोजन उपचार से पूर्ववर्ती के आधार पर 50 और ~80 वोल्ट% के बीच छिद्र के साथ अधिकतर अव्यवस्थित छिद्रपूर्ण कार्बन उत्पन्न होते दिखाया गया है। अतः 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान के परिणामस्वरूप मुख्य रूप से ग्रेफाइटिक कार्बन होता है और ग्रेफाइटाइजेशन के कारण पदार्थ में संकुचन देखी जाती है।

विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों से प्राप्त सीडीसी की विभिन्न बल्क सरंध्रता।

इस प्रकार से ठोस कार्बन उत्पाद चरण की रैखिक वृद्धि दर अभिक्रिया-संचालित गतिज तंत्र का सुझाव देती है, परन्तु मोटी फिल्मों या बड़े कणों के लिए गतिकी प्रसार-सीमित हो जाती है। अतः उच्च द्रव्यमान परिवहन स्थिति (उच्च गैस प्रवाह दर) क्लोराइड को हटाने की सुविधा प्रदान करती है और अभिक्रिया संतुलन को सीडीसी उत्पाद की ओर पूर्ण रूप से स्थानांतरित कर देती है। इस प्रकार से क्लोरीन उपचार को विभिन्न प्रकार के कार्बाइड पूर्वगामी से सीडीसी संश्लेषण के लिए सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है, जिसमें SiC, TiC, B4C, BaC2, CaC2, Cr3C2, Fe3C, Mo2C, Al4C3, Nb2C, SrC2, Ta2C, VC, WC, W2C, ZrC, टर्नरी कार्बाइड जैसे Ti2AlC, Ti3AlC2, और Ti3SiC2, और कार्बोनिट्राइड जैसे Ti2AlC0.5N0.5 सम्मिलित हैं।

अतः अधिकांश उत्पादित सीडीसी कार्बाइड पूर्वगामी और संश्लेषण स्थितियों से प्रभावित विशिष्ट वितरण के साथ सूक्ष्मरंध्र (<2 एनएम) और मध्य रंध्र (2 और 50 एनएम के बीच) की व्यापकता प्रदर्शित करते हैं। [18] टेम्प्लेटिंग विधि के साथ या उसके बिना बहुलक-व्युत्पन्न सिरेमिक का उपयोग करके पदानुक्रमित सरंध्रता पूर्ण रूप से प्राप्त की जा सकती है।[19] इस प्रकार से टेम्प्लेटिंग से सूक्ष्मरंध्र के अव्यवस्थित नेटवर्क के अतिरिक्त मध्य रंध्र की क्रमबद्ध सरणी उत्पन्न होती है। यह दिखाया गया है कि कार्बाइड की प्रारंभिक क्रिस्टल संरचना सीडीसी सरंध्रता को प्रभावित करने वाला प्राथमिक कारक है, विशेषकर कम तापमान वाले क्लोरीन उपचार के लिए है। सामान्यतः, जाली में कार्बन परमाणुओं के बीच बड़ी दूरी औसत छिद्र व्यास में वृद्धि के साथ संबंधित होती है।[2][20] अतः जैसे-जैसे संश्लेषण तापमान बढ़ता है, औसत छिद्र व्यास बढ़ता है, जबकि छिद्र आकार का वितरण व्यापक हो जाता है।[9] यद्यपि, कार्बाइड पूर्वगामी का समग्र आकार और आकार के व्यापक रूप से बनाए रखा जाता है और सीडीसी निर्माण को सामान्यतः अनुरूप प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।[18]

विभिन्न कार्बाइड पूर्ववर्तियों के लिए छिद्र आकार वितरण।

निर्वात अपघटन

Main article: एपीटैक्सीय ग्राफीन

इस प्रकार से कार्बाइड से धातु या मेटलॉइड परमाणुओं को निर्वात के अंतर्गत उच्च तापमान (सामान्यतः 1200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर चयनित रूप से निकाला जा सकता है। अतः अंतर्निहित तंत्र कार्बाइड का असंगत अपघटन है, जो संबंधित कार्बाइड धातुओं की तुलना में कार्बन के उच्च गलनांक का पूर्ण रूप से उपयोग करता है जो द्रवित हो जाता है और अंततः वाष्पित हो जाता है, जिससे कार्बन पश्च रह जाता है।[21]

हैलोजन उपचार के जैसे, निर्वात अपघटन अनुरूप प्रक्रिया है।[18] इस प्रकार से उच्च तापमान के परिणामस्वरूप परिणामी कार्बन संरचनाएं अधिक व्यवस्थित होती हैं, और कार्बन नैनोनलिका और ग्राफीन प्राप्त किए जा सकते हैं। अतः विशेष रूप से, SiC के निर्वात अपघटन के लिए उच्च नलिका घनत्व की लंबवत रूप से संरेखित कार्बन नैनोनलिका फिल्मों की सूचना दी गई है।[22] उच्च नलिका घनत्व उच्च लोचदार मापांक और उच्च आकुंचन प्रतिरोध में परिवर्तित हो जाता है जो यांत्रिक और जनजातीय अनुप्रयोगों के लिए विशेष रुचि रखता है।[23]

जबकि कार्बन नैनोनलिका का निर्माण तब होता है जब ट्रेस ऑक्सीजन की मात्रा स्थित होती है, बहुत उच्च निर्वात स्थितियां (लगभग 10−8–10−10टोर) के परिणामस्वरूप ग्राफीन शीट का निर्माण होता है। इस प्रकार से यदि स्थितियाँ बनी रहती हैं, तो ग्राफीन बल्क ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाता है। विशेष रूप से, 1200-1500 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल (वेफर्स) को निर्वात एनीलन करके,[24] धातु/मेटलॉइड परमाणुओं को चयनित रूप से हटा दिया जाता है और 1-3 परत ग्राफीन (उपचार के समय के आधार पर) की एक परत बनाई जाती है, जो सिलिकॉन कार्बाइड की 3 परतों के ग्राफीन के एकल परत में अनुरूप परिवर्तन से गुजरती है।[25] अतः इसके अतिरिक्त, ग्राफीन का निर्माण 6H-SiC क्रिस्टल के सी-शीर्ष पर प्राथमिकता से होता है, जबकि नैनोनलिका विकास SiC के सी-शीर्ष पर चयनित होता है।[22]

उष्णजलीय अपघटन

उच्च तापमान (300-1000 डिग्री सेल्सियस) और दाब (2-200 एमपीए) पर कार्बाइड से धातु परमाणुओं को हटाने की सूचना मिली है। इस प्रकार से धातु कार्बाइड और जल के बीच निम्नलिखित अभिक्रियाएँ संभव हैं:

x⁄2 MC + x H2O → Mx⁄2Ox + x⁄2 CH4
MC + (x+1) H2O → MOx + CO + (x+1) H2
MC + (x+2) H2O → MOx + CO2 + (x+2) H2
MC + x H2O → MOx + C + x H2

मात्र अंतिम अभिक्रिया से ही ठोस कार्बन प्राप्त होता है। अतः कार्बन युक्त गैसों की उपज दाब के साथ बढ़ती है (ठोस कार्बन की उपज घटती है) और तापमान के साथ घटती है (कार्बन की उपज बढ़ती है)। प्रयोग करने योग्य छिद्रित कार्बन पदार्थ का उत्पादन करने की क्षमता अतिक्रांतिक जल में निर्मित धातु ऑक्साइड (जैसे SiO2) की घुलनशीलता पर निर्भर करती है। इस प्रकार से SiC, TiC, WC, TaC और NbC के लिए उष्णजलीय कार्बन निर्माण की सूचना पूर्ण रूप से दी गई है। धातु ऑक्साइड की अघुलनशीलता, उदाहरण के लिए TiO2, कुछ धातु कार्बाइड (उदाहरण के लिए, Ti3SiC2) के लिए एक महत्वपूर्ण जटिलता है।[18][26]

अनुप्रयोग

See also: इलेक्ट्रिक द्वि-परत संधारित्र and कैपा वाहन

अतः कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन का अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक द्वि परत संधारित्र के लिए इलेक्ट्रोड में सक्रिय पदार्थ के रूप में होता है जिसे सामान्यतः अतिसंधारित्र या अल्ट्रासंधारित्र के रूप में जाना जाता है। यह उच्च सतह क्षेत्र, बड़े सूक्ष्मरंध्र मात्रा और छिद्र आकार नियंत्रण के साथ संयुक्त उनकी ठीक विद्युत चालकता से प्रेरित है जो छिद्रपूर्ण कार्बन इलेक्ट्रोड के छिद्र मापन को एक निश्चित विद्युत् अपघट्य से मेल खाने में सक्षम बनाता है।[27][20][28][29] विशेष रूप से, जब छिद्र का आकार विद्युत् अपघट्य में (विघटित) आयन के आकार के निकट पहुंचता है, तो धारिता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। इस प्रकार से विद्युत प्रवाहकीय कार्बन पदार्थ अतिसंधारित्र उपकरणों में प्रतिरोध हानि को कम करती है और आवेश स्क्रीनिंग और परिरोधन को बढ़ाती है,[30] पैकिंग घनत्व को अधिकतम करती है और सूक्ष्मरंध्री सीडीसी इलेक्ट्रोड के बाद के आवेश भंडारण क्षमता को अधिकतम करती है।[31][32][33]

सॉल्वेटेड आयनों को छिद्रों में कैप्चर करना, जैसे सीडीसी में स्थित आयन। जैसे-जैसे छिद्र का आकार विलायकन शेल के आकार के निकट पहुंचता है, विलायक अणु हटा दिए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आयनिक पैकिंग घनत्व बड़ा होता है और आवेश भंडारण क्षमता बढ़ जाती है।

अतः सीडीसी इलेक्ट्रोड को जलीय विद्युत् अपघट्य में 190 एफ/जी और कार्बनिक विद्युत् अपघट्य में 180 एफ/जी तक की गुरुत्वमापी धारिता उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है।[29] इस प्रकार से मिलान आयन/छिद्र प्रणालियों के लिए उच्चतम धारिता मान देखे जाते हैं, जो अतिआयनिक अवस्था में छिद्रों में आयनों की उच्च-घनत्व पैकिंग की अनुमति देते हैं।[34] यद्यपि, छोटे छिद्र, विशेष रूप से जब समग्र बड़े कण व्यास के साथ संयुक्त होते हैं, तो आवेश/अनावेश चक्रण के समय आयन गतिशीलता पर अतिरिक्त प्रसार सीमा लगाते हैं। अतः सीडीसी संरचना में मध्य रंध्र की व्यापकता आवेशन और अनावेशन के समय अधिक आयनों को एक-दूसरे से आगे बढ़ने की अनुमति देती है, जिससे तीव्र स्कैन दर और स्पष्ट दर प्रबंधन क्षमताओं की अनुमति मिलती है।[35] इस प्रकार से इसके विपरीत, सूक्ष्मकण कार्बाइड पूर्वगामी को लागू करने से, छोटे छिद्र चैनल उच्च विद्युत् अपघट्य गतिशीलता की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तीव्र आवेश/अनावेश दर और उच्च शक्ति घनत्व होता है।[36]

प्रस्तावित अनुप्रयोग

गैस भंडारण और कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चरिंग

अतः TiC-CDC उच्च दबाव पर 25 डिग्री सेल्सियस पर 21 wt.% मीथेन तक KOH या CO2 संग्रहण के साथ सक्रिय होता है। 0.50-0.88 एनएम व्यास क्षेत्र में उपनैनोमीटर छिद्रों वाले सीडीसी ने 1 बार और 0 डिग्री सेल्सियस पर 7.1 मोल CO2/किग्रा तक भंडारण दिखाया है।[37] इस प्रकार से सीडीसी 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 3 wt.% हाइड्रोजन तक संग्रहीत करते हैं, सीडीसी पदार्थों के रासायनिक या भौतिक सक्रियण के परिणामस्वरूप अतिरिक्त वृद्धि संभव है। बड़े उपनैनोमीटर छिद्र मात्रा के साथ SiOC-CDC 60 बार और -196 डिग्री सेल्सियस पर 5।5 wt.% से अधिक हाइड्रोजन संग्रहीत करने में सक्षम है, जो स्वचालित अनुप्रयोगों के लिए 6 wt.% भंडारण घनत्व के अमेरिकी ऊर्जा विभाग के लक्ष्य तक पहुंचता है। अतः उन स्थितियों में इस पदार्थ के लिए 21.5 wt.% से अधिक मीथेन भंडारण घनत्व पूर्ण रूप से प्राप्त किया जा सकता है। विशेष रूप से, उपनैनोमीटर व्यास और बड़े छिद्र मात्रा वाले छिद्रों की प्रबलता भंडारण घनत्व को बढ़ाने में सहायक होती है।[38]

जनजातीय लेपन

इस प्रकार से निर्वात एनीलन (ईएसके) या सीआईसी सिरेमिक के क्लोरीन उपचार द्वारा प्राप्त सीडीसी फिल्में कम घर्षण गुणांक उत्पन्न करती हैं। SiC का घर्षण गुणांक, जो अपनी उच्च यांत्रिक शक्ति और कठोरता के लिए जनजातीय अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए शुष्क परिस्थितियों में ~0.7 से ~0.2 या उससे कम हो सकता है।[39] अतः यह उल्लेख करना महत्वपूर्ण है कि ग्रेफाइट शुष्क वातावरण में कार्य नहीं कर सकता है। सीडीसी का छिद्रपूर्ण 3-विमीय नेटवर्क उच्च तन्यता और बढ़ी हुई यांत्रिक शक्ति की अनुमति देता है, जो लागू बल के अंतर्गत फिल्म के भंजन को कम करता है। इस प्रकार से उन लेपन का अनुप्रयोग गतिशील सीलों में होता है। घर्षण गुणों को उच्च तापमान वाले हाइड्रोजन एनीलन और उसके बाद निलंबित बंधों की हाइड्रोजन समाप्ति के साथ और अधिक अनुकूलित किया जा सकता है।[40]

प्रोटीन अधिशोषण

अतः मध्य रंध्री संरचना वाले कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन जैव द्रव से बड़े अणुओं को हटा देते हैं। अन्य कार्बनों के जैसे, सीडीसी में ठीक जैव अनुकूलता होती है।[41] रक्त प्लाज्मा से टीएनएफ-अल्फा, आईएल-6 और आईएल-1बीटा जैसे साइटोकायिन को हटाने के लिए सीडीसी का निष्पादन किया गया है। इस प्रकार से ये जीवाणु संक्रमण के समय निकाय में जारी होने वाले सबसे सामान्य ग्रहीता-बंधन कारक हैं जो आक्षेप के समय प्राथमिक उत्तेजक अभिक्रिया का कारण बनते हैं और रक्तविषंणता की संभावित घातकता को बढ़ाते हैं, जिससे उनका निष्कासन बहुत ही महत्वपूर्ण चिंता का विषय बन जाता है।[42] अतः उपरोक्त साइटोकायिन को हटाने की दरें और स्तर (30 मिनट के भीतर 85-100% हटा दिए गए) तुलनीय सक्रिय कार्बन के लिए देखी गई तुलना में अधिक हैं।[42]

उत्प्रेरक समर्थन

See also: उत्प्रेरक समर्थन

इस प्रकार से क्लोरीन उपचार के समय Pt सूक्ष्मकणों को SiC/C इंटरफ़ेस में प्रस्तुत किया जा सकता है (Pt3Cl3 के रूप में)। कण पदार्थ के माध्यम से विस्तृत होकर Pt कण सतहों का निर्माण करते हैं, जो उत्प्रेरक समर्थन परतों के रूप में कार्य कर सकते हैं।[43] विशेष रूप से, Pt के अतिरिक्त, सोने जैसे अन्य उत्कृष्ट तत्वों को छिद्रों में एकत्रित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सूक्ष्मकणों का आकार सीडीसी कार्य द्रव के छिद्र आकार और समग्र छिद्र आकार वितरण द्वारा नियंत्रित होता है।[44] ऐसे सोने या प्लैटिनम सूक्ष्मकण सतह लेपन का उपयोग किए बिना भी 1 एनएम से छोटे हो सकते हैं।[44] अतः विभिन्न सीडीसी (TiC-CDC, Mo2C-CDC, B4C-CDC) में Au नैनोकण कार्बन मोनोऑक्साइड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करते हैं।[44]

संधारित्र विआयनीकरण (सीडीआई)

See also: संधारित्र विआयनीकरण

चूँकि प्रयोगशाला अनुसंधान, उद्योग और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर रासायनिक संश्लेषण के लिए विआयनीकृत जल प्राप्त करने के लिए जल का अलवणीकरण और शुद्धिकरण महत्वपूर्ण है, इस अनुप्रयोग के लिए छिद्रित पदार्थ के उपयोग में विशेष रुचि प्राप्त हुई है। इस प्रकार से संधारित्र विआयनीकरण अतिसंधारित्र की समानता के साथ चलन में संचालित होता है। जैसे ही आयन युक्त जल (विद्युत् अपघट्य) पूर्ण प्रणाली में लागू क्षमता वाले दो छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोडों के बीच प्रवाहित होता है, संबंधित आयन दो टर्मिनलों के छिद्रों में दोहरी परत में एकत्रित होते हैं, जिससे शुद्धिकरण उपकरण से निकलने वाले तरल में आयन पदार्थ कम हो जाती है।[45] अतः विद्युत् अपघट्य में आयनों के आकार से निकटता से मेल खाने के लिए कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन की क्षमता के कारण, सीडीसी और सक्रिय कार्बन पर आधारित अलवणीकरण उपकरणों की साइड-बाय-साइड तुलना ने सक्रिय कार्बन की तुलना में 1.2-1.4 वी क्षेत्र में महत्वपूर्ण दक्षता वृद्धि देखी।[45]

व्यावसायिक उत्पादन और अनुप्रयोग

इस प्रकार से औद्योगिक धातु क्लोराइड संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होने के बाद, सीडीसी में निश्चित रूप से मध्यम लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन की क्षमता है। अतः वर्तमान में, मात्र छोटी कंपनियाँ ही कार्बाइड-व्युत्पन्न कार्बन के उत्पादन और वाणिज्यिक उत्पादों में उनके कार्यान्वयन में संलग्न हैं। उदाहरण के लिए, स्केलेटन, जो टार्टू, एस्टोनिया में स्थित है, और कार्बन-यूक्रेन, जो कीव, यूक्रेन में स्थित है, के निकट अतिसंधारित्र, गैस भंडारण और निस्पंदन अनुप्रयोगों के लिए छिद्रित कार्बन की विविध उत्पाद पंक्ति है। इस प्रकार से इसके अतिरिक्त, संसार भर में कई शिक्षा और अनुसंधान संस्थान सीडीसी संरचना, संश्लेषण, या (अप्रत्यक्ष रूप से) विभिन्न उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए उनके अनुप्रयोग के मूलभूत अनुसंधान में लगे हुए हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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