[發明專利]一種氟摻雜石墨烯材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410051188.2
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103738958A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 鞠治成;邢政
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種高溫碳化制備氟摻雜石墨烯的方法，特別是一種氟摻雜石墨烯材料的制備方法。

背景技術

傳統石墨烯材料是一種從鱗片狀石墨材料剝離出來的單層或少量層數碳的二維結構材料。由于石墨烯具有原子級厚度，從而使其具備了優異的電學性能、出色的化學和熱力學穩定性，這使其在納米電子學、新能源儲能、催化、吸附及環境保護等領域有著重要的應用前景，并已成為國際材料科學研究熱點。目前石墨烯片層數少于10層都可以稱為石墨烯，且大多數制備出來的石墨烯的片層數為3-8層。到目前為止，已發展出了多種制備石墨烯的方法，如：機械剝離法（Science,?2004,?306,?666-669）；化學氣相沉積法（Nano?Lett.,?2009,?9,?30–35）；溶劑剝離法（Nature?Nanotechnol.,?2008,?3,?563-568）；氧化-還原法（Chem.?Soc.?Rev.,?2014,43,?291-312）。現有制備方法或多或少都存在一些明顯的缺憾，要么產生數量極為有限，難以規模化；要么制備成本高，工藝復雜，難以產業化；要么所獲得的產品氧含量高，為進一步應用或改性帶來不便。此外，研究表明，石墨烯材料還可以通過引入雜原子（如N,?S等）來改變其電子結構，特別是可以通過改變摻雜氟元素數量來達到調節其帶隙目的，從而進一步改變和提高其電學、儲能、催化等方面的性能，但由于制備手段的限制，氟摻雜石墨烯的制備及研究尚處于起步階段。

發明內容

本發明主要是針對現有技術的不足，提供一種氟摻雜石墨烯材料的制備方法，解決現有制備方法產生數量極為有限，難以規模化；制備成本高，工藝復雜，難以產業化；產品氧含量高，為進一步應用或改性帶來不便的問題。

實現本發明目的的技術方案：本發明的氟摻雜石墨烯材料的制備方法，包括如下步驟：

將含氟高分子材料放入剛玉坩堝中，并將剛玉坩堝移入到高溫爐中，在一定氣體氛圍下，控制一定升溫速率并于300-900?℃反應溫度條件下燒結1-8小時即得氟摻雜石墨烯產品。

所述的含氟高分子材料優選氟乙烯類聚合物為：偏氟乙烯的聚合物、三氟氯乙烯的聚合物或四氟乙烯的聚合物。

所述的一定氣體氛圍優選氬氣、氮氣或二者氣體任意混合比的混合氣；所述氬氣或氮氣的純度為98%-99.999%。

所述的一定升溫速率優選3-10?℃/min，特別優選5?℃/min。

所述的優選反應溫度為500-700?℃條件下反應2-6小時，特別優先于600?℃條件下反應3小時。

有益效果，由于采用了上述方案，采用含氟高分子材料為原料，通過一步高溫碳化法制備氟摻雜石墨烯材料，所用的原料廉價易得，制備步驟簡單，操作可控性高，且所得產品主要為片層數較少（2-10納米）的氟摻雜石墨烯，較易于大規模工業化生產。同時，該方法是在非氧化性氣氛環境下生產，能有效降低目標產物石墨烯中的氧含量，有望在新能源鋰離子電池、催化、光學、電化學等領域獲得廣泛應用。

附圖說明

圖1?為本發明實施例1氟摻雜石墨烯產品的X-射線粉末衍射花樣；其中左縱坐標為相對強度（Intensity），橫坐標為衍射角度（2θ）。

????圖2?為本發明實施例1氟摻雜石墨烯產品的典型拉曼光譜圖。

圖3?為本發明實施例1氟摻雜石墨烯產品的透射電子顯微鏡照片。

圖4?為本發明實施例1氟摻雜石墨烯產品的高分辨率透射電子顯微鏡照片。

具體實施方式

下面通過具體實施例并結合附圖對本發明做進一步說明。

實施例1：氟摻雜石墨烯材料的制備及表征；

取1.0克聚偏氟乙烯粉末放入到剛玉坩堝中，并將剛玉坩堝移入到管式爐中，在氬氣氛圍下以5?℃/min的升溫速率升至600?℃，并于600?℃條件下燒結3小時，即得氟摻雜石墨烯產品。

產物經Bruker?D8?ADVANCE?X-射線粉末衍射儀以Cu?Kα射線?(波長λ=?1.5418??,?掃描步速為0.08°/秒)及鑒定為石墨相（如圖1）；拉曼光譜表征為石墨相（如圖2）；JEM?1011透射電子顯微鏡照片（圖3）及高分辨電鏡照片（圖4）表明所得產品為卷曲薄膜狀物質，厚度主要分布在約2-4納米。

實施例2：取1.0克聚四氟乙烯粉末放入到剛玉坩堝中，并將剛玉坩堝移入到管式爐中，在氬氣氛圍下以5?℃/min的升溫速率升至650?℃，并于650?℃條件下燒結3小時，即得氟摻雜石墨烯產品。