[發(fā)明專利]一種氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳納米管的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011482548.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN112591732B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭兆琦;楊娜;耶金;程彥飛;王煜;馬海霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/10
• 分類號(hào): C01B32/10;C01B32/194;C01B32/168
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發(fā)明提供一種氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳納米管的制備方法將石墨烯與1,4?二碘全氟丁烷或?qū)⑻技{米管與1,4?二碘全氟丁烷加入到安瓿瓶中，混合均勻，然后在液氮冷凍下，抽真空，最后煅燒，得到氟化石墨烯或氟化碳納米管。本發(fā)明通過氣固相反應(yīng)合成氟化石墨烯和氟化碳納米管，對(duì)設(shè)備要求低，原料毒性小且工藝過程簡(jiǎn)單，可操作性較強(qiáng)，產(chǎn)物的氟含量可控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氟化碳材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯和碳納米管是繼富勒烯之后納米材料研究領(lǐng)域又一里程碑式的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。石墨烯基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)結(jié)構(gòu)，碳原子均以sp²雜化連接，構(gòu)成單原子層結(jié)構(gòu)的二維原子晶體。碳納米管是由石墨卷曲成的一種具有無縫、中空單壁或多壁管狀結(jié)構(gòu)的一維材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和電導(dǎo)性、良好的嵌鋰性能及極高的長徑比。具有電負(fù)性極強(qiáng)的氟與碳材料進(jìn)行反應(yīng)，得到的氟化碳材料能夠顯著改善碳材料的表面極性、電導(dǎo)率和吸附能力等性能。將氟化碳材料用于一次電池——鋰電池的正極材料活性物質(zhì)，有效提高電池續(xù)航時(shí)間，減小自放電率及提高其安全系數(shù)等，能夠應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、鐘表照相機(jī)以及集成電路存儲(chǔ)器等電子器械和醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。

已報(bào)道的氟化碳材料的制備方法主要可以歸納為兩種：化學(xué)法和物理法?；瘜W(xué)法是利用石墨烯或碳納米管與氟化劑之間反應(yīng)、氧化石墨烯氟化法和剝離石墨等方法。由于F₂價(jià)格昂貴，且操作難度大，很多研究者對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，在室溫下使碳材料與XeF₂或CF₄等反應(yīng)來制備氟化碳材料。但這些氟化劑毒性較大、不易獲得且對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重，此類反應(yīng)對(duì)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件要求較高。物理法又可以分為液相剝離法和機(jī)械剝離法，即通過液相剝離或機(jī)械剝離氟化石墨，氟化碳納米管制備氟化石墨烯與氟化碳納米管。此方法產(chǎn)率較低，損失較嚴(yán)重，且多為尺寸較小的片層。目前，氟化石墨烯、氟化碳納米管的研究尚處于起步階段，且制備方法并不成熟，大規(guī)模制備并未實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致其在很多應(yīng)用領(lǐng)域收到限制。因此，尋求種簡(jiǎn)便快捷且適合大規(guī)模制備的氟化石墨烯、氟化碳納米管的方法十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳納米管的制備方法，該合成方法對(duì)設(shè)備要求較低，可操作性強(qiáng)，工藝過程簡(jiǎn)單且對(duì)環(huán)境污染較小，易于大規(guī)模生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳納米管的制備方法，將石墨烯與1,4-二碘全氟丁烷或?qū)⑻技{米管與1,4-二碘全氟丁烷加入到安瓿瓶中，混合均勻，然后在液氮冷凍下，抽真空，最后煅燒，得到氟化石墨烯或氟化碳納米管。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：氟化石墨烯的氟原子含量為0.01％～50％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：氟化碳納米管的氟原子含量為0.01％～50％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：煅燒溫度為200-500℃，煅燒時(shí)間為0.1-48小時(shí)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：煅燒溫度為360℃，煅燒時(shí)間為1小時(shí)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：以5℃/min的升溫速率自室溫升溫至200-500℃。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：煅燒后，將煅后的產(chǎn)物分散于有機(jī)溶劑中，洗滌，干燥，得到氟化石墨烯或氟化碳納米管。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、四氫呋喃、乙腈或乙酸乙酯。