[发明专利]一种碳纳米管表面氟化方法

说明书

一种氟化碳纳米管的制备方法，按如下步骤：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排出后，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，再以同样的速率降温至150℃~170℃后保温12h，然后，随炉冷却至室温后取出制备好的氟化碳纳米管。本发明使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。

技术领域

本发明属于氟化碳纳米管的制备方法领域，涉及一种碳纳米管表面氟化的方法。

背景技术

目前人们在开发新型的清洁能源的主要目光聚中于对锂离子二次电池的研究，但是高能量密度的一次电池在各种电子设备中不可缺少，依然值得人们去开发研究。已经商业化的一次电池中以氟化石墨（分子式为CFx，x=1）为正极活性材料的锂氟（Li/CFx）一次电池的理论比容量达865 mAh/g，高于任何传统的Li/MnO2、Li/SO2、Li/SOCl2等锂一次电池的理论比容量。且Li/CFx一次电池具有电池储存时间长、自放电率低、安全系数高等优势，使得它在军事、医疗，如军人便携式电源，心脏起搏器等植入式医学装置的应用具有独特的优势，同时它能够应用于电子计算机、钟表、照相机以及集成电炉存储器等领域，而备受人们的青睐。但由于氟化石墨的导电性差、反应产物LiF的电子绝缘性和较强的Li-F键能等原因使得Li/CFx一次电池呈现活性物质利用率低、高倍率放电容量衰减较大，约为理论容量的30%等缺陷而限制了Li/CFx一次电池更深入的开发利用。为了降低或者消除这些缺陷，研究者们积极的开发尝试各种方法，比如使用氟碳原子比为1:1的氟化碳纳米管（F-MWCNTs）代替氟化石墨作为锂氟一次电池的正极材料。因F-MWCNTs具有许多独特的性能，比如能够在不破坏多壁碳纳米管（MWCNTs）管状结构的前提下，在MWCNTs管表面，氟和碳反应生成氟化碳，由于原位生成氟化碳，消除了氟化碳和内层碳纳米管之间的界面电阻，大幅提高了电子的传导速率，使得氟化碳纳米管为正极的锂氟电池对比氟化石墨锂氟电池性能大幅提高，放电电压、放电容量和能量密度分别提高0.3V、664mAh/g、352.5Wh/kg。 这种对MWCNTs的改性不仅能提高MWCNTs的容量而且能够保持MWCNTs内部良好的导电性能，将这种材料代替氟化石墨运用到锂氟一次电池有望改善锂氟电池的缺陷。同时氟化碳纳米管是一种较好的复合材料填料，如Miyagawa等利用酸酐固化制备法将0.2wt.%FWMWCNTs与环氧树脂的复合物、发现复合物的玻璃化转化温度下降了30℃，储能模量提高了20%。且氟化碳纳米管在固体润滑剂和分子电子学等领域具有较大的使用价值。

目前氟化碳纳米管的制备有直接氟化法和等离子体法，这两种方法都是要以F2气体或者CF4气体为氟化源，传统的以F2、CF4或混合气体作为氟化剂对碳纳米管表面氟化的方法，虽然比较直接明确，但安全性要求极高，且成本较高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出了一种氟化碳纳米管的制备方法，使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明采用全氟树脂（CYTOP）为氟化剂，其化学结构式如下。当加热到较低温度（≤100℃）时，全氟树脂就会开始分解产生F2，当升温到恰当的温度时，全氟树脂就会分解产生充足的F2气体与多壁碳纳米管发生反应，进而在碳纳米管外层生成氟化碳纳米管。

本发明所述的一种氟化碳纳米管的制备方法，其具体的技术方案如下：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排出后，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，再以同样的速率降温至150℃~170℃后保温12h，然后，随炉冷却至室温后取出制备好的氟化碳纳米管。

本发明使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。

附图说明