[发明专利]一种高度氟化石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种高度氟化石墨烯的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、通过改进Hummer法制备得到氧化石墨烯；S2、将氧化石墨烯、去离子水、氢氟酸和高锰酸钾混合超声分散，然后置于超声‑水热反应釜中，并在超声波频率为5～40KHz、水热温度为120～180℃下进行超声‑水热耦合反应；S3、反应结束后，将反应混合液离心分离，洗涤，干燥，得到氟化石墨烯。本发明以氧化石墨烯为原料，以高锰酸钾和氢氟酸作为氟化剂，结合采用超声分散与超声‑水热耦合技术制备了高度氟化石墨烯，该制备方法不仅有效地节约了能耗，同时提高了氟化石墨烯中的氟含量，进一步提高了氟化石墨烯产品的质量，且工艺简单、成本低廉、无毒、环境友好、易于实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及有机半导体材料技术领域，尤其涉及一种高度氟化石墨烯的制备方法。

背景技术

氟化石墨烯可以看作是石墨烯被部分或者全部氟化，石墨中的sp²结构被部分或者全部转变成sp³，但依然保持片状结构，是最薄的绝缘体，被称为二维聚四氟乙烯。氟化石墨烯同时具有石墨烯和聚四氟乙烯两种材料的优点，不仅具有聚四氟乙烯的化学稳定性和耐高温性，可用于生产不粘锅和密封垫圈等产品；同时又保留了石墨烯原有的蜂窝状碳碳骨架结构，继承了许多石墨烯的优异性能，氟化石墨烯上的氟原子以C-F共价键形式存在，氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性增强及带隙展宽等新颖的界面和物理化学性能，通过调控氟化石墨烯氟元素的含量，可实现其从半导体向绝缘体的一个质变跨越。氟化石墨烯的润滑性能优越，优于通用的石墨和二硫化钼，在干燥或潮湿高温时(400～500℃)摩擦系数更小，使用寿命更长。因上述两方面优点的结合使得氟化石墨烯在抗磨润滑、电容电源、电子器件、电子包装等诸多领域有着广阔的应用前景。

根据氟化石墨烯碳源材料的不同，将氟化石墨烯的制备方法归纳为以下三种：石墨烯氟化法、氟化石墨剥离法和氧化石墨烯氟化法。其中，石墨烯氟化法是以氟气或二氟化氙为氟化试剂与石墨烯反应制得氟化石墨烯，该法所用的氟化试剂有剧毒且昂贵，同时涉及高温高压设备，操作工艺复杂，危险度高；氟化石墨剥离法是以氟化石墨为原料，采用有机溶剂或离子液体对其进行剥离制得氟化石墨烯，该法剥离得到的氟化石墨烯片层无法精确控制，其片层较多，同时由于氟化石墨的疏水性，使得其表面润湿性变差，浓硫酸或者混酸(硫酸、硝酸、盐酸等)和氧化剂之类的化学试剂很难与氟化石墨完全接触充分而影响反应程度，导致氟化石墨烯的产品质量和性能较差，如中国专利CN107867684B和中国专利CN107867684B公开的氟化氧化石墨烯的制备方法；氧化石墨烯氟化法是将氧化石墨烯和含氟试剂在一定条件下进行反应，因氧化石墨烯表面存在许多的-OH、-COOH和-C-O-C-含氧基团，这些含氧基团可为氟化提供反应活性位点，有助于氟化剂中的氟原子取代氧化石墨烯中的含氧基团，生成C-F共价键，从而得到氟化石墨烯。如中国专利CN107879328A公开了一种水分散性氟化石墨烯的制备方法，但该法所制备的氟化石墨烯氟含量不高(氟含量为0.5～5.0％)，且结构易被破坏。鉴于此，本发明提供一种氟含量高、在水中分散稳定性好的高度氟化石墨烯的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高度氟化石墨烯的制备方法，以解决现有方法所制得的氟化石墨烯含氟量低、在水中分散稳定性差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种高度氟化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

S1、通过改进Hummer法制备得到氧化石墨烯；

S2、将氧化石墨烯、去离子水、氢氟酸和高锰酸钾混合超声分散，然后置于超声-水热反应釜中，并在超声波频率为5～40KHz、水热温度为120～180℃下进行超声-水热耦合反应；

S3、反应结束后，将反应混合液后处理，得到氟化石墨烯。