[发明专利]氟化石墨烯的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及一种氟化石墨烯的制备方法。

【背景技术】

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：①高强度，杨氏模量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；②高热导率，(5,000W/mK)；③高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V·s)；④高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。然而，目前通过氧化还原的方法大规模制备石墨烯的过程中，还原过后所制备的石墨烯还含有较少量的-OH、-C-O-C-和-COOH等含氧官能团。这些官能团在不到4V的电压下就分解产生气体(Nanohybrid Capacitor：The Next Generation Electrochemical Capacitors.FUEL CELLS 00,0000，No.0，1-9)，因而限制石墨烯电极材料在锂离子电池和超级电容器中的使用电压。

(氟化石墨烯是一种很薄的绝缘体，其通过在石墨烯的每一个碳原子周围增加一个氟原子制成。它是石墨烯的第一个化学当量的衍生物，而且是一个宽带隙半导体。氟化石墨烯是一个机械性能、化学稳定性和热稳定性都很好的化合物。这种新材料的性能与特氟龙非常相似，通常称之为二维特氟龙。)这段应该删除好点，我们的氟化石墨烯是比较好的半导体，上面说的绝缘体就不对。

传统的氟化石墨烯是通过石墨烯氟化后得到的，然而，氟是一种高活性的元素，它可以与几乎所有的物质发生反应。传统制备方法的过程中，氟有可能会破坏石墨烯原有的共轭结构，导致制备的氟化石墨烯导电率大幅下降。

【发明内容】

基于此，有必要提供至少一种不降低导电率的氟化石墨烯的制备方法。

一种氟化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、使用石墨通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯；

步骤二、使用水合肼将所述氧化石墨烯还原成石墨烯；及

步骤三、将所述石墨烯与氟化剂反应，得到氟化石墨烯。

在优选的实施例中，步骤三中所述氟化剂为N，N-二乙基-1，1，2，3，3，3-六氟丙胺、二乙胺基三氟化硫、SF₄、(CH₃)₄NF、(C₄H₉)₄NF、(CH₃)₄NHF₂中的一种。

在优选的实施例中，步骤三中所述石墨烯与所述氟化剂的质量比为1∶1～1∶10。

在优选的实施例中，步骤一中所述石墨的纯度95～99.5％。

在优选的实施例中，步骤一为：

将所述石墨、过硫酸钾和五氧化二磷按照质量比2～10∶1∶1加入到60～80℃的浓硫酸中，搅拌均匀后自然冷却，洗涤至中性后干燥，得到混合物；

将所述混合物和高锰酸钾加入到浓硫酸中，保持混合溶液的温度在15℃～20℃，然后在25℃～50℃下油浴1～4小时，加入去离子水并加入双氧水溶液反应，抽滤、收集固体；及

所述固体用稀盐酸洗涤，干燥，得到所述氧化石墨烯。

在优选的实施例中，步骤二为：

将所述氧化石墨烯和水配制成1～5g/L的悬浊液，并使用150～300W的超声波设备对所述悬浊液进行超声分散；

加入浓度为98％的水合肼，加热到80～100℃反应24～48小时；及

过滤，收集固体，洗涤，干燥，得到石墨烯。

在优选的实施例中，步骤三为：

将所述石墨烯加入到无水二氯甲烷中，均匀分散；

按所述石墨烯∶氟化剂质量比为1∶1～1∶10的比例在惰性气体的保护下在20～40℃下搅拌反应1～100小时，得到反应产物；及

将所述反应产物加入到水中，抽滤，收集固体，依次用水和甲醇洗涤，干燥，得到所述氟化石墨烯。