[发明专利]一种氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳纳米管的制备方法

说明书

本发明提供一种氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳纳米管的制备方法将石墨烯与1,4‑二碘全氟丁烷或将碳纳米管与1,4‑二碘全氟丁烷加入到安瓿瓶中，混合均匀，然后在液氮冷冻下，抽真空，最后煅烧，得到氟化石墨烯或氟化碳纳米管。本发明通过气固相反应合成氟化石墨烯和氟化碳纳米管，对设备要求低，原料毒性小且工艺过程简单，可操作性较强，产物的氟含量可控。

技术领域

本发明属于氟化碳材料技术领域，涉及一种氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳纳米管的制备方法。

背景技术

石墨烯和碳纳米管是继富勒烯之后纳米材料研究领域又一里程碑式的重大科学发现。石墨烯基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环结构，碳原子均以sp²杂化连接，构成单原子层结构的二维原子晶体。碳纳米管是由石墨卷曲成的一种具有无缝、中空单壁或多壁管状结构的一维材料，具有优良的力学性能和电导性、良好的嵌锂性能及极高的长径比。具有电负性极强的氟与碳材料进行反应，得到的氟化碳材料能够显著改善碳材料的表面极性、电导率和吸附能力等性能。将氟化碳材料用于一次电池——锂电池的正极材料活性物质，有效提高电池续航时间，减小自放电率及提高其安全系数等，能够应用于电子计算机、钟表照相机以及集成电路存储器等电子器械和医疗、军事等领域。

已报道的氟化碳材料的制备方法主要可以归纳为两种：化学法和物理法。化学法是利用石墨烯或碳纳米管与氟化剂之间反应、氧化石墨烯氟化法和剥离石墨等方法。由于F₂价格昂贵，且操作难度大，很多研究者对其进行改进，在室温下使碳材料与XeF₂或CF₄等反应来制备氟化碳材料。但这些氟化剂毒性较大、不易获得且对环境污染较为严重，此类反应对设备、实验条件要求较高。物理法又可以分为液相剥离法和机械剥离法，即通过液相剥离或机械剥离氟化石墨，氟化碳纳米管制备氟化石墨烯与氟化碳纳米管。此方法产率较低，损失较严重，且多为尺寸较小的片层。目前，氟化石墨烯、氟化碳纳米管的研究尚处于起步阶段，且制备方法并不成熟，大规模制备并未实现，导致其在很多应用领域收到限制。因此，寻求种简便快捷且适合大规模制备的氟化石墨烯、氟化碳纳米管的方法十分重要。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳纳米管的制备方法，该合成方法对设备要求较低，可操作性强，工艺过程简单且对环境污染较小，易于大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氟含量可控的氟化石墨烯和氟化碳纳米管的制备方法，将石墨烯与1,4-二碘全氟丁烷或将碳纳米管与1,4-二碘全氟丁烷加入到安瓿瓶中，混合均匀，然后在液氮冷冻下，抽真空，最后煅烧，得到氟化石墨烯或氟化碳纳米管。

本发明进一步的改进在于：氟化石墨烯的氟原子含量为0.01％～50％。

本发明进一步的改进在于：氟化碳纳米管的氟原子含量为0.01％～50％。

本发明进一步的改进在于：煅烧温度为200-500℃，煅烧时间为0.1-48小时。

本发明进一步的改进在于：煅烧温度为360℃，煅烧时间为1小时。

本发明进一步的改进在于：以5℃/min的升温速率自室温升温至200-500℃。

本发明进一步的改进在于：煅烧后，将煅后的产物分散于有机溶剂中，洗涤，干燥，得到氟化石墨烯或氟化碳纳米管。

本发明进一步的改进在于：有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、四氢呋喃、乙腈或乙酸乙酯。