[發明專利]一種高效生產氯化石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201510498519.1
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN104986751A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 趙立平;江龍迎;林麗萍
• 申請（專利權）人: 廈門凱納石墨烯技術有限公司
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石墨烯的制備技術，具體涉及一種高效生產氯化石墨烯的方法，適用于氯化石墨烯的大批量生產。

背景技術

石墨烯是一種由單層碳原子構成的新型二維碳納米材料，其具有很高的比表面積，優良的導電、導熱性以及力學性能等優點，而且由于其特殊的能帶結構和光電性質使其在復合材料、功能材料、電源材料、傳感器等多個領域具有廣泛的應用前景。但純石墨烯在許多應用上仍有缺陷，對純石墨烯進行元素摻雜是改善石墨烯缺陷的一種有效的方法。經元素摻雜后石墨烯的能帶結構會發生改變，使其電學、光學和磁學性能發生了顯著的變化，并成為一種具有全新的復合型納米材料。

目前，在石墨烯中摻雜的非金屬元素有氮、硼、磷、硫、氯等，但對氯摻雜石墨烯的研究較少，Wu等使用電子回旋共振技術制備了氯摻雜石墨烯，但該方法對設備的要求極高，操作復雜，限制了其進一步的應用。（Justin?Wu,?Liming?Xie,?Yanguang?Li,?Hailiang?Wang,?Yijian?Ouyang,?Jing?Guo,?and?Hongjie?Dai.?Controlled?chlorine?plasma?reaction?for?noninvasive?graphene?doping?[J].?J.Am.Chem.Soc.,2011,133:19668-19671.）Li等利用光催化作用將氯自由基與石墨烯上面的碳原子共價吸附，制備了氯摻雜石墨烯，但該方法操作復雜，不能用于宏量制備。（Bo?Li,?Lin?Zhou,?Di?Wu,?Hailin?Peng,?Kai?Yan,?Yu?Zhou,?and?Zhongfan?Liu.?Photochemical?chlorination?of?graphene?[J].?ACS?Nano,?2011,5(7):?5957-5961.）金輝樂等用燃燒的鎂條活化氯甲烷，生成二氯卡賓，這些二氯卡賓再自組裝生成氯摻雜石墨烯，所制得的氯摻雜石墨烯可作為陰極催化劑材料在氧還原電極中應用，但該方法需要對產物進行多次分離、沉淀、洗滌，產生大量的四氯化碳和三氯甲烷廢液，后處理較為復雜，且若處理不當，會有劇毒物光氣產生。（見公開號為CN?103111312?A的中國發明專利申請）。

發明內容

本發明要解決的問題在于提供一種高效生產氯化石墨烯的方法，與現有技術相比，本發明提供的方法生產過程簡單、成本低、產率高，易于大規模工業化生產。

為了解決以上技術問題，本發明的氯化石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將石墨烯粉體進行加熱除去部分水分，抽真空至石墨烯粉體的水分完全抽干，繼續加熱；

（2）將上述石墨烯粉體與氯氣在一定溫度下進行反應，得到氯化石墨烯粉體材料；

（3）對上述的氯化石墨烯粉體材料用氮氣進行處理，以除去氯化石墨烯粉體表面吸附的游離氯，得到純凈的氯化石墨烯粉體。

所述步驟（1）石墨烯粉體為石墨烯、石墨烯微片，石墨烯粉體的純度95~99.5%。

所述步驟（1）中對石墨烯粉體加熱至40~60℃，然后進行抽真空，真空壓力0.8~0.1MPa，抽真空時間10~30min，至石墨烯粉體水分被完全抽干后，停止抽真空，對石墨烯粉體繼續升溫加熱。

所述步驟（2）石墨烯粉體與氯氣的反應溫度為300~600℃，通氯氣的流速為450~950?ml/min，反應時間為0.5~8h。

所述步驟（3）氮氣純度為98~99.999%，氯化石墨烯產率達到93~98%。

本發明的特點及有益效果：本發明利用氯氣的高溫高氧化能力使得石墨烯的邊緣或者表面摻雜接枝上氯官能團，所制備的氯化石墨烯中氯摻雜均勻，實驗可重復性好。所制備的氯化石墨烯的產率高，達到93~98%。該制備方法步驟少、產率高、工藝簡單，易于大規模工業化生產。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明內容不僅僅局限于以下的具體實施例。