一種氟化石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)合成領(lǐng)域，尤其是涉及一種氟化石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟化石墨烯作為石墨烯的新型衍生物，既保持了石墨烯高強(qiáng)度的性能，又因氟原子的引入帶來了表面能降低、疏水性增強(qiáng)及帶隙展寬等新穎的界面和物理化學(xué)性能。同時(shí)，氟化石墨烯耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出類似聚四氟乙烯的性質(zhì)，被稱之為“二維特氟龍”。氟化石墨烯這些獨(dú)特的性能使其在界面、新型納米電子器件、潤滑材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前制備氟化石墨烯的主要方法有石墨烯氟化和微機(jī)械剝離氟化石墨這兩種。前一種是將石墨烯在嚴(yán)格控制濕度和壓力的密閉環(huán)境中通入氟氣來實(shí)現(xiàn)。由于活潑性極高的劇毒單質(zhì)氣體氟是該方法合成氟化石墨的關(guān)鍵原料，故該方法合成氟化石墨不但有一定的危險(xiǎn)性，而且難度較高。而第二種方法制備出來的石墨烯性質(zhì)與部分還原的氟化石墨烯類似，想要得到層數(shù)較少可控的氟化石墨烯在工藝上很難實(shí)現(xiàn)。目前在氟化石墨烯制備和性能方面研究并不多，氟化石墨烯很多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用使其成為研究的熱點(diǎn)之一，但制備技術(shù)作為研究的基礎(chǔ)，尋找簡便、經(jīng)濟(jì)、有效的制備方法是關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種氟化石墨烯的制備方法，用該方法可以制備得到氟碳比為0.1-1.3的氟化石墨烯，而且反應(yīng)安全，操作簡單。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為100°C -500°C的條件下，在氟體積濃度為10-100%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)5-50小時(shí)，得到氟碳比為0.1-1.3的氟化石墨烯。
[0007]優(yōu)選的，所述氟的體積濃度為30-90%，反應(yīng)溫度為200_450°C。
[0008]優(yōu)選的，所述氟的體積濃度為80%，反應(yīng)溫度為400°C。
[0009]優(yōu)選的，檢測反應(yīng)爸中氟濃度不變時(shí)，繼續(xù)通入氟氣體使氟體積濃度為30-90%。
[0010]優(yōu)選的，檢測反應(yīng)釜中氟濃度不變時(shí)，提高反應(yīng)溫度。
[0011]優(yōu)選的，反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到不同氟碳比氟化石墨烯。
[0012]本發(fā)明利用氟、氮混合氣的環(huán)境來制備氟化石墨烯，減小了反應(yīng)的危險(xiǎn)性，氟碳比可通過反應(yīng)時(shí)間、溫度和氟氣濃度控制，轉(zhuǎn)換率高。并且可以監(jiān)控檢測反應(yīng)釜中氟的濃度，判斷反應(yīng)情況，繼續(xù)提高反應(yīng)溫度或提高氟濃度。最高可以得到氟碳比為1.3的氟化石墨烯。本發(fā)明工藝簡單安全，實(shí)用性強(qiáng)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0014]實(shí)施例1
[0015]—種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:設(shè)定需要制備的氟化石墨烯氟碳比為0.1。然后將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為100°c的條件下，在氟體積濃度為10%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到氟碳比為0.1的氟化石墨烯。
[0016]實(shí)施例2
[0017]—種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:設(shè)定需要制備的氟化石墨烯氟碳比為
0.8。將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為200°C的條件下，在氟體積濃度為30%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)10小時(shí)。檢測反應(yīng)釜中氟濃度不變，因此繼續(xù)通入氟氣使氟氣體積濃度保持30-90%，再反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到氟碳比為0.8的氟化石墨烯。
[0018]實(shí)施例3
[0019]—種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:設(shè)定需要制備的氟化石墨烯氟碳比為
1.3。將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為400°C的條件下，在氟體積濃度為80%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)40小時(shí)。檢測反應(yīng)釜中氟濃度不變，因此提高反應(yīng)溫度到500°C，再反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到氟碳比為1.3的氟化石墨烯。
[0020]實(shí)施例4
[0021]—種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:設(shè)定需要制備的氟化石墨烯氟碳比為
0.6。然后將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為450°C的條件下，在氟體積濃度為100%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到氟碳比為0.6的氟化石墨烯。
[0022]本發(fā)明的基本原理是要將氟插入石墨烯碳的層間從而形成氟化石墨烯。先設(shè)定需要氟化石墨烯的氟碳比后，只有當(dāng)溫度高于起始溫度時(shí)才會有氟插入碳的層間形成氟化石墨烯。當(dāng)氟的濃度越高，反應(yīng)越快；溫度越高，反應(yīng)越快。溫度和氟濃度需要相互調(diào)節(jié)，例如需要越高氟碳比，兩者值要求越高。比如需要1.3氟碳比時(shí)，溫度如在500攝氏度，氟濃度為60%，可能反應(yīng)10小時(shí)候就無法在進(jìn)行，此時(shí)可能只有50%的石墨烯轉(zhuǎn)化成了氟化石墨烯，要將溫度提高或者氟濃度提高又或者兩者同時(shí)提高才能使氟繼續(xù)插入碳的層間。不反應(yīng)的表現(xiàn)為氟氣加入后不再消耗，說明反應(yīng)沒有進(jìn)行，當(dāng)調(diào)高溫度和/或氟濃度后氟氣繼續(xù)消耗說明繼續(xù)反應(yīng)了。反應(yīng)完畢后，反應(yīng)釜中的氣體用氮?dú)庵脫Q，待降溫后取出成品氟化石墨烯進(jìn)行分析。一般產(chǎn)品的氟碳比會在一個(gè)區(qū)間，如設(shè)定生產(chǎn)氟碳比1.30的，區(qū)間可能在1.00-1.3之間，之后通過篩分等手段分開其氟碳比，無論氟碳比為多少每釜所有產(chǎn)品都是合格產(chǎn)品，因?yàn)椴煌姆急瓤勺霾煌猛荆詻]有廢品。區(qū)別在于設(shè)定的目標(biāo)產(chǎn)氟碳比產(chǎn)品在每次生產(chǎn)中的比例占有多少。例如實(shí)施例2中產(chǎn)品中氟碳比0.9以上的氟化石墨烯為0，0.8的為50%，0.7的30%，0.6的10%，其他的10%。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括:將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為100°C -500°C的條件下，在氟體積濃度為10-100%的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)5-50小時(shí)，得到氟碳比為0.1-1.3的氟化石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氟化石墨烯的制備方法，其特征在于:所述氟的體積濃度為30-90 %，反應(yīng)溫度為 200-450 °C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氟化石墨烯的制備方法，其特征在于:所述氟的體積濃度為80%，反應(yīng)溫度為400 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氟化石墨烯的制備方法，其特征在于:檢測反應(yīng)釜中氟濃度不變時(shí)，繼續(xù)通入氟氣體使氟體積濃度為30-90%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氟化石墨烯的制備方法，其特征在于:檢測反應(yīng)釜中氟濃度不變時(shí)，提高反應(yīng)溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氟化石墨烯的制備方法，其特征在于:反應(yīng)終止后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)氣體，然后降溫并取出氟化石墨烯，篩分后得到不同氟碳比氟化石墨烯。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氟化石墨烯的制備方法，其步驟包括：將石墨烯放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為100℃-500℃的條件下，在氟體積濃度為10-100％的氟、氮混合氣環(huán)境下反應(yīng)5-50小時(shí)，得到氟碳比為0.1-1.3的氟化石墨烯。本發(fā)明利用氟、氮混合氣的環(huán)境來制備氟化石墨烯，減小了反應(yīng)的危險(xiǎn)性，氟碳比可通過反應(yīng)時(shí)間、溫度和氟氣濃度控制，轉(zhuǎn)換率高。并且可以監(jiān)控檢測反應(yīng)釜中氟的濃度，判斷反應(yīng)情況，繼續(xù)提高反應(yīng)溫度或提高氟濃度。最高可以得到氟碳比為1.3的氟化石墨烯。本發(fā)明工藝簡單安全，實(shí)用性強(qiáng)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105271199
【申請?zhí)枴緾N201510745246
【發(fā)明人】謝子卓, 于鉉
【申請人】湖北卓熙氟化股份有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月5日