碳材料是通過在大氣壓下使用磁旋轉電弧，通過乙炔的熱分解而合成的。評估了加氫、注氣位置、乙炔濃度和反應溫度對熱解產物形態的影響。還獲得了碳球形顆粒和石墨烯納米薄片。結果表明，大量的氫、低碳流量和高溫可以促進碳材料從納米球向石墨烯納米薄片的形態轉變。結合氣相動力學模型和計算流體動力學模擬，臨界溫度為2500 K的反應區基本上可分為成核和表面生長，分別對應于升溫區和高溫維持區。影響石墨烯形成的基本因素可能包括片狀核的形成，以及在結構的側面活性部位處連續的平面生長。前體的低碰撞頻率和高溫有利于形成片狀核。平面表面生長需要氫終止邊緣的懸空鍵，并且需要高溫才能誘導沒有曲率的生長。
Figure 1. 實驗裝置的示意圖
Figure 2. 在各種H/C比下C
2H
2合成的碳材料的TEM圖像：（a）1；（b）4；（c）8；（d）12（3200K，C2H2 1 SLM）
Figure 3. 投影在TEM圖像上CNSs直徑的直方圖，并具有正態分布曲線；左：R
HC1；右：R
HC4；D
av代表CNSs的平均直徑
Figure 4. 各種氣體注入位置下熱解產物的TEM圖像：（a）Case R
HC8_p1;（b）案例R
HC8_p2
Figure 5. 不同乙炔濃度下熱解產物的TEM圖像：（a）R
HC4_C1（C
2H
2 0.3 SLM）；（b）R
HC4_C2（C
2H
2 0.1 SLM）
Figure 6. 在不同反應溫度下熱解產物的TEM圖像：（a）R
HC4_T1（3400K）;（b）R
HC4_T2（3600K）；（c）熱解產物的拉曼光譜
Figure 7. 在各種H/C比下的代表性納米結構的HRTEM圖像：（a）R
HC1，H/C=1；（c）R
HC4，H/C=4；（d）R
HC12，H/C=12。（b）CNS的type1核心的高放大倍數TEM圖
相關研究成果于2019年中國科學技術大學Taohong Ye課題組，發表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.08.077）上。原文：The morphological transformation of carbon materials from nanospheres to graphene nanoflakes by thermal plasma。
