[发明专利]一种氟化石墨烯的温和放电制备方法和装置

说明书

本发明公开了一种氟化石墨烯的温和放电制备方法和装置，涉及石墨烯制备技术领域。本发明通过利用电场进行化学碳化过程和物理剥离过程，克服石墨层结合力，使碳化后的石墨碳成功剥离为片层，因此可以适用于几乎所有含碳碳源，实现在保证氟化石墨烯高效率高质量制备的同时，使其制备原料扩展到碳基物质，即几乎所有含碳物质均可作为本工艺原料，原料来源广成本低廉。利用活性金属作为催化剂，先通电预热，使碳源和活性金属的温度提升而使金属活性提升，再加大电压实现碳源石墨化，反应迅速且大大降低反应耗能，具备良好的转换率，制备氟化石墨烯粉末的效率高，实现低温环境下制备氟化石墨烯，进而实现低耗能，降低制备成本。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，特别是一种氟化石墨烯的温和放电制备方法和装置。

背景技术

石墨烯，一种特殊的碳的同素异形体，其碳原子通过sp²杂化轨道和π键紧密而规律地链接组成类似蜂窝的形状，具有理想的二维晶体结构。这些独特的结构特征使石墨在层内具有良好的电导率和导热性，在电池、催化、特种润滑剂和粉末冶金等领域有较好的应用价值。氟化石墨烯作为石墨烯的新型衍生物，在石墨烯二维平面结构的基础上引入氟原子，使之获得了许多新电学性质。

它具有良好的疏水性以及电子、光学和力学性能，在光电子、电子、耐摩擦和耐高温涂层等领域具有无法比拟的潜在应用价值。目前，研究者们已探索出一些氟化石墨烯制备工艺。

中国专利公开号CN111747401A公开一种利用羧基化的方法将石墨烯进行功能化处理得到羧基化石墨烯，然后利用脱羧取代的方法，将石墨烯表面羧基上的羟基进行氟元素取代，得到氟化石墨烯的方法。此方法制得的氟化石墨烯表面完整，未发生明显的结构破坏，但制备周期长，需要一周左右。中国专利公开号CN111620326A公开了一种氟含量可调节的氟化石墨烯材料的制备方法。此发明可通过调节反应时间可调节产物氟化石墨烯的氟含量，但制备操作繁琐问题亟待解决。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种氟化石墨烯的温和放电制备方法和装置，利用放电技术对碳源进行加工，实现制备过程的高效，低压放电使碳源升温，低温环境下制备氟化石墨烯，实现低耗能，保证氟化石墨烯高质的基础上实现了操作简便、高质高效的基本要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种氟化石墨烯的温和放电制备方法，包括以下步骤：

S1：将碳源、聚四氟乙烯粉末及熔点高于450℃的活性金属混合后置于反应管内；

S2：向反应管内通入惰性气体；

S3：按设定的电压值和电容值对混合物进行预热；预热结束后，增大电压值对混合物进行放电加工；

S4：加工结束，取出氟化石墨烯粉末装入准备好的容器内。

进一步，所述步骤S1中，碳源、聚四氟乙烯粉末、活性金属三者质量配比为：10份碳源，1份聚四氟乙烯，0.5～1份活性金属。

进一步，所述步骤3中，混合后的碳源、聚四氟乙烯粉末及活性金属在预热阶段的温度为100～200℃，混合后的碳源、聚四氟乙烯粉末及活性金属在反应阶段的温度为200～400℃。

进一步，所述步骤3中，预热过程中电压值为20～30V，电容值为20～40mF。

进一步，所述步骤3中，反应阶段的电压值为预热过程中电压值的两倍或两倍以上。

进一步，所述步骤3中，对混合后的碳源、聚四氟乙烯粉末及活性金属预热1～3次。