[发明专利]一种以-CF2为主的氟掺杂石墨烯纳米片的制备方法

说明书

本发明公开一种以‑CF2为主的氟掺杂石墨烯纳米片的制备方法，将还原的氧化石墨烯和乙醇配置成分散液，加入氢氟酸，超声分散均匀后进行水热反应，得到大量‑CF₂和‑CF结构，由于电化学惰性的‑CF₂比C‑F单键的键解离能要大很多，从而得到以‑CF₂为主的氟掺杂石墨烯纳米片。本发明使用的还原的氧化石墨烯、氢氟酸等原材料廉价易得，石墨烯掺杂工艺简单、可宏量生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，更加具体地说，涉及一种以-CF₂为主的氟掺杂石墨烯纳米片的制备方法，具体地说是通过调控石墨烯前驱体中的含氧官能团类型来调控C-F键类型，制备得到C-F键主要以-CF₂形式存在的氟掺杂石墨烯。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化的碳原子相互连接构成的单原子层超薄二维晶体材料，其碳原子之间呈六角环形蜂窝状并通过共价键相互连接。由于其独特的结构导致其展现出许多优异的性质，将其用作碱金属二次电池负极材料，展现出极高的比容量和优异的稳定性。但是大部分对离子扩散和电子传输起作用的活性位点均位于石墨烯边缘的褶皱区域。所以对于本征石墨烯材料来说，由于缺少这种边缘褶皱和活性位点使其在充放电过程中严重阻碍碱金属离子的吸附和扩散。因此人们常采用多种调控原子结构的方法改性石墨烯。

研究发现，通过在石墨烯中引入杂原子会导致石墨烯电子结构和晶格变化，增加结构缺陷。由于氟原子的高电负性和C-F单键的高键解离能(488kJ mol^-1)，氟掺杂被认为是众多元素掺杂石墨烯的最有效的手段之一。许多人对氟掺杂石墨烯进行了报道(Wang Z,Wang J,Li Z,et al.Synthesis of fluorinated graphene with tunable degree offluorination[J].Carbon,2012,50(15):5403-5410)，然而制备具有特定的C-F键键型和含氟基团的氟掺杂石墨烯材料一直是一个重要难题。日前，我们报道了含C-F半离子键的氟掺杂石墨烯的制备方法(CN2014102017736)，但是可控合成具有特定含氟基团的氟掺杂石墨烯一直没有被报道。因此，采取特定方法制备出主要以-CF2形式存在的氟掺杂石墨烯对于元素掺杂石墨烯材料的制备和应用产生了重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氟掺杂石墨烯纳米片的制备方法，针对氟掺杂石墨烯中含氟组分(-CF，-CF₂和-CF₃)随机存在的问题，我们采用大量含有C＝O以及C-O结构的还原氧化石墨烯为原始碳源，以氢氟酸为氟化试剂进行氟掺杂，可以得到大量-CF₂和-CF结构，由于电化学惰性的-CF₂比C-F单键的键解离能要大很多，从而得到C-F键主要以-CF₂形式存在的氟掺杂石墨烯。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种氟掺杂石墨烯纳米片的制备方法，将还原的氧化石墨烯均匀分散在乙醇中，并加入氢氟酸后置于反应釜中，加热至120～180℃进行反应，反应后自然冷却至室温20—25摄氏度，离心水洗干燥即可。

在上述技术方案中，反应时间为12～36h，反应温度为150—160摄氏度。

在上述技术方案中，反应釜为水热釜，或者采用其他材质的耐温耐压反应釜，容积也可根据实际条件进行调整。

在上述技术方案中，通过调整反应时间和反应温度来调控氟掺杂量。