[发明专利]卤化石墨与卤化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学修饰石墨与石墨烯及其制备方法，具体涉及卤化石墨与石墨烯及其制备方法。

背景技术

碳是自然界最普遍的元素之一，碳化合物的成键方式和结构形式极其丰富，膨胀石墨便是其中一种新型碳素材料。早在19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，发现了膨胀石墨，然而其应用则在百年之后才开始。从此，众多国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发，取得了重大的科研突破。

多年以来能够大量、高收率的修饰石墨的方法只有氟化和氧化。但是它们又存在着各自的问题：氟化石墨中使用的含氟原料由于其巨大的毒性，易爆性和腐蚀性使得其在工业生产中需要特制的反应设备；氧化石墨由于含有的官能团复杂多变，使得其存在非常难以有效的进一步化学修饰。因此寻找一种新型，有效，简便的化学修饰石墨及其方法是十分有价值的。

石墨烯是继富勒烯、碳纳米管之后被科学家们发现的又一种新的碳元素结构形态，是由sp²杂化碳原子键合，且具有六方点阵蜂窝状二维结构的单层平面石墨。2004年科学家首次成功剥离出石墨烯(Science.2004，306，666-669)，推翻了人们以前普遍接受的严格的二维晶体无法在有限的温度下存在的科学预言，对凝聚态物理的发展有可能产生重大的影响。此外石墨烯表现出来的一系列奇特的电子和物理特性，在分子电子学，微纳米器件，超高速计算机芯片，高转换效率电池，固态气敏传感器，氢储存等领域有着重要的应用前景(Nature Nanotechnology.2008，3，10-11)。

大量研究表明，化学修饰石墨烯可以有效地增加石墨烯的能带宽度，改善石墨烯的溶解性，使得石墨烯拥有其它新的物理和化学性质，改善石墨烯和其他功能材料的亲和能力。传统的制备化学修饰的石墨烯是通过强氧化剂将石墨氧化成氧化石墨(Nat.Nanotech.2008，3，101-105)。这种方法可以制备大量的石墨烯，但是由于氧化剂对石墨层的破坏作用，石墨烯质量很差且存在较多的缺陷。所以，开发简单、高产量、高质量的化学修饰石墨烯及其制备方法是石墨烯进一步发展的重点，也是实现石墨烯大规模，低成本使用的前提条件，具有巨大的科学研究价值和经济价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种卤化石墨与卤化石墨烯及其制备方法。

本发明提供一种卤化石墨的制备方法，是将膨胀石墨与卤素单质在微波辐射下进行反应即得所述卤化石墨。

上述方法中，所述微波辐射的功率为100W-1400W，如200W-1200W、600W-1000W、100W、200W、400W、600W、800W、1000W、1200W或1400W；所述微波辐射的时间为0.01小时-200小时，如1小时-150小时、50小时-120小时、80小时-100小时、0.01小时、1小时、25小时、80小时、100小时、120小时、150小时或200小时；所述微波辐射的温度为-196℃-300℃，如-196℃-250℃、25℃-300℃、25℃-250℃、100℃-300℃、100℃-250℃、150℃-300℃、150℃-250℃、150℃-200℃、-196℃、25℃、100℃、150℃、200℃、250℃或300℃。

上述方法中，所述反应在惰性气体或真空下进行；所述真空的真空度为10^-4-10³Pa，如10^-4或10³Pa。

上述方法中，所述反应在常压下进行。

上述方法中，所述膨胀石墨与卤素单质的质量比为(1∶0.05)-(1∶5000)，具体可为(1∶0.05)-(1∶3000)、(1∶500)-(1∶5000)、(1∶500)-(1∶3000)、(1∶500-1∶2000)、(1∶1000-1∶5000)、(1∶1000)-(1∶3000)、(1∶1000)-(1∶2000)、(1∶1200)-(1∶5000)、(1∶1200)-(1∶3000)、(1∶1200)-(1∶2000)、(1∶1200)-(1∶5000)、(1∶1200)-(1∶3000)、(1∶1200)-(1∶2000)、(1∶1200-1∶1500)、1∶0.05、1∶500、1∶1000、1∶1200、1∶1500、1∶2000、1∶3000或1∶5000；所述卤素单质为单质溴或单质氯。

本发明提供了上述方法制备的卤化石墨。

本发明提供了一种卤化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：