[發明專利]氟化碳納米管的氟碳比調控方法

在審

• 申請號: 201710363771.0
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN108928809A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 李瑀;姚楓楠;封偉;馮奕鈺;楊洪宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B32/10
• 分類號: C01B32/10
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開氟化碳納米管的氟碳比調控方法，將氟化碳納米管和極性溶劑混合均勻后升溫進行反應，以極性溶劑對碳納米管中氟元素進行置換，以使氟原子從碳管上脫離，或者弱化碳氟之間作用力，達到去氟效果。本發明通過選用不同的極性溶劑、水熱溫度和水熱時間，能很好控制碳管的脫氟量，從而控制氟化碳納米管的氟碳比，操作簡單，可控度高，相比高溫退火處理能減少碳管結構破壞，保持碳管本身優異性能。

技術領域

本發明涉及一種可控氟碳比的氟化碳納米管的制備方法，更加具體地說是通過極性溶劑對高氟量的氟化多壁碳納米管進行去氟來調節氟碳比。

背景技術

隨著電子科技的發展，電子產品在人類生活中發揮著重要的作用，而電池性能的好壞直接影響人們的使用體驗，因此開發出穩定、安全、智能化和可持續的電池顯得尤為關鍵。在所有儲能材料中，氟化碳作為電池材料具有較高的比能量，受到人們的廣泛關注。氟化碳納米管相比以前研究的氟化石墨具有更高的放電電壓和倍率性能，發展前景廣闊。但氣相氟化法制得的氟化多壁碳納米管的氟碳比不易控制，不能實現氟碳比的精確調控，因此需要通過后續溶液處理來制備不同氟碳比的氟化多壁碳納米管，調控電池性能。

碳納米管結構穩定，機械強度高，比表面積大，導電性好，具有優異的力學、光學、電學以及化學性能，其使用潛力不斷被挖掘發現。通過對多壁碳納米管進行氟化能極大改善其性能，在電極材料上有重要應用。利用因而利用氟化碳納米管材料制備電池材料成為人們的研究重點，也出現類似專利的授權或公開。中華人民共和國國家知識產權局授權號為CN2010101023873A、CN102730664A、CN103700858A等發明專利公布了利用氟化碳管制備電極材料的技術。以上發明專利僅僅披露了氟化碳管的制備方法，利用氣相氟化法如何在碳管的外表面接上氟原子。對于氟化多壁碳納米管，氟氣反應性很強，通過打開碳管上的π鍵，與碳原子結合形成C-F鍵。傳統去氟工藝采用高溫退火，氟原子在高溫下斷裂以揮發物的形式擴散，在降低氟碳比的同時可能破壞碳管的管狀結構。

發明內容

本發明針對氟化碳納米管工藝不容易精確控制氟碳比的缺點，提供一種極性溶劑后處理調控氟碳比的氟化碳納米管的制備方法，而用極性溶劑在低溫下對氟化多壁碳納米管進行氟碳比調控，能使碳管結構受到較小破壞，保持了較高的電子傳導性，進而改變C-F共價鍵和離子鍵比例，能夠在很寬的范圍內調控其結構和電學特性。因此，在氟化(多壁)碳納米管材料已有的優勢基礎上，用極性溶劑進行后處理，能夠達到有效控制其氟碳比的目的，為研究不同氟碳比的多壁碳管的電化學性能規律提供重要的實驗和理論支持。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

氟化碳納米管的氟碳比調控方法，將氟化碳納米管和極性溶劑混合均勻后置于水熱釜中密封，在空氣氛圍中升溫至120～180℃并保溫反應。

在上述技術方案中，將水熱完畢的氟化碳納米管倒入砂芯漏斗中抽濾，用去離子水多次洗滌，直到清洗干凈，隨后將濾膜轉移至培養皿，放置在真空干燥箱中，60℃條件下烘干24h。

在上述技術方案中，將氟化碳納米管和極性溶劑超聲1～3h，以混合均勻，自室溫20—25攝氏度以每分鐘1—5攝氏度的速度升溫至120～180℃并保溫18～24h，優選140—160攝氏度保溫反應20—24小時。

在上述技術方案中，氟化碳納米管為氟化多壁碳納米管，氟元素和碳元素的摩爾比為1：1。

在上述技術方案中，極性溶劑為異丙醇、四氫呋喃、乙二醇或丙二醇。

在上述技術方案中，氟化碳納米管的質量份(mg)和極性溶劑的體積份(ml)的比例為1：(1—1.5)，優選1：(1—1.2)，例如氟化碳納米管用量為60～120mg，極性溶劑體積(mL)為氟化多壁碳納米管質量的100％～150％。