[发明专利]一种氟化石墨烯及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种氟化石墨烯及其制备方法、应用。一种氟化石墨烯的制备方法，包括下列步骤：使还原氧化石墨烯与氟化剂在280～550℃下发生氟化反应；所述氟化剂为F₂与惰性气体的混合气体，混合气体中氟体积浓度为1～10％，优选3～10％，优选3～8％，优选3～5％。本发明用F₂与惰性气体的混合气体对还原氧化石墨烯氟化改性，提高了工艺的安全性、稳定性和可控性，并有效降低高纯F₂对氟化设备的腐蚀，解决了目前工艺成本高以及氟化品质低的问题。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种氟化石墨烯及其制备方法、应用。

背景技术

氟化石墨烯作为石墨烯的一种衍生物，是石墨烯氟化或部分氟化的产物，它结合了石墨烯和氟化石墨的性能优点，例如高强度、高杨氏模量、比表面积大、优异的润滑性、疏水性和抗磨损性以及带隙宽等特性。不同尺寸、层数、氟化度和官能团的氟化石墨烯，在光学、电学、热学和界面等方面表现出不同的特性，因而可广泛应用于固体润滑材料、防污防腐蚀材料、锂氟化碳电池正极材料、超疏水材料和耐磨材料等领域，并在纳米电子器件、光电子器件等领域具有潜在的应用价值。但是受限于石墨烯的质量、产能和稳定以及未能匹配合适的氟化工艺，目前国内尚未有能够规模化、稳定可控生产氟化石墨烯的企业。

目前制备氟化石墨烯主要有四种技术路线：

一是采用强氟化试剂如氟气、二氟化氙与石墨烯或还原石墨烯直接反应。这种方法快速有效，但原料成本高、反应设备要求苛刻。

二是采用氟化氢和浓硝酸与氧化石墨烯，高温高压条件下进行水热反应。这种方法可以制备出少层高质量氟化石墨烯，但物料在高温下静止不动，传质不充分，有利于石墨烯的自组装和聚集，不利于化学试剂与氧化石墨烯的反应，很难制备出含氟较为均匀的氟化石墨烯。

三是对氟化石墨进行机械剥离或化学剥离，这种方法虽然降低了成本，由于氟化石墨极化率低，液体介质很难插层剥离，难于获得较高产率的少层氟化石墨烯；而通过强氧化剂如熔融KOH或NaOH对氟化石墨预氧化改性，可以制备出单层氟化石墨烯，但氟化石墨烯容易脱氟，导致氟化度受限。

四是采用超临界CO₂作为剥离剂，各种醇类、表面活性剂为分散剂可制备氟化石墨烯，这种方法绿色环保、简单安全，但产率较低、氟化度低且含有分散剂不利于产品的应用发展。

因此，如何安全、稳定、可控并规模化制备出一种氟化石墨烯，尤其是一种高质量高氟化度的氟化石墨烯成为目前的技术难点。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种氟化石墨烯的制备方法，该制备方法用F₂与惰性气体的混合气体对还原氧化石墨烯氟化改性，提高了工艺的安全性、稳定性和可控性，并有效降低高纯F₂对氟化设备的腐蚀，解决了目前工艺成本高以及氟化品质低的问题。

本发明的第二目的在于提供一种氟化石墨烯，其具有褶皱类球形结构，球形尺寸为0.5～10μm，氟碳比(氟化度)可达0.5～1.2：1，比表面积可达350～520m²/g，并在有机溶剂、润滑油脂和树脂基体中具有良好的分散性，可应用于锂氟化碳电池正极材料、润滑材料、疏水材料以及耐磨材料等领域。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种氟化石墨烯的制备方法，包括下列步骤：

使还原氧化石墨烯与氟化剂在280～550℃下发生氟化反应；

所述氟化剂为F₂与惰性气体的混合气体，混合气体中氟体积浓度为1～10％，优选3～10％，优选3～8％，优选3～5％；所述惰性气体优选N₂或Ar₂。