一种氟化石墨烯的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种氟化石墨烯的温和制备方法。该制备方法以廉价易得的氧化石墨烯和液态或固态氟化试剂为原料，通过改变反应溶剂、时间、压力等条件，在室温下即可得到氟含量可调控的氟化石墨烯。本发明还利用过滤洗涤手段去除溶液法制备过程中过量的反应试剂、溶剂和其他杂质，从而得到纯净的氟化石墨烯产品。
【专利说明】一种氟化石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氟化材料领域，具体地，本发明涉及一种氟化石墨烯材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是继富勒烯、碳纳米管之后发现一种新型的二维碳单质纳米材料，具有众 多特殊的物理特性（诸如零带隙、室温量子霍耳效应）和超乎寻常的导电、导热、光学和 力学性能，在电子学、结构材料、储能材料、催化材料、传感材料等方面潜在着巨大的应用前 景。氟化石墨烯是石墨烯的一种衍生材料，是石墨烯部分或全部的SP 2碳通过F原子的加成 转变为Sp3结构的C-F，但形貌依然保持片层结构。全氟化石墨烯，也称为全氟化石墨烷，是 透明的宽带隙材料，带隙为3eV左右，片层电阻大于IO 12 Q，是已知最薄的绝缘体，力学性能 优异（Young's模量为0.3TPa)，化学性质稳定，耐腐蚀，耐高温，在空气中可加热至400° C 而不分解，表现出类似聚四氟乙烯的性质，因此氟化石墨烯可以看作为二维的Teflon。部分 氟化的石墨烯具有半导体性质，理论计算其带隙可以随氟含量的变化而在0?3eV之间变 化，潜在着满足不同半导体工业的需要。因此，氟化石墨烯作为石墨烯的衍生物，既保持了 石墨烯高强度的性能，又因氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性增强及带隙可调等新 颖的物理化学性能，在界面、新型微纳电子器件、润滑材料和锂电池等领域潜在着广泛的应 用前景。
[0003] 目前已开发的氟化石墨烯的制备方法可分为两种。第一种方法以石墨烯为 原料，在高温下与F2或XeF 2反应，得到氟化石墨烯（Nair, R. R. ; Ren, W. ; Jalil, R. ; R iaz, I. ; Kravets, V. G. ; Britnell, L. ; Blake, P. ; Schedin, F. ; Mayorov, A. S. ; Yuan, S. Small2010,6,2877.)。但是，高质量的石墨烯本身难以量产，价格昂贵。而且，使用的^或 XeF2都是腐蚀性极强、剧毒的气体，生产安全隐患大。第二种是基于物理的手段剥离(微机 械或溶剂辅助超声）氟化石墨，得到单层或少层的氟化石墨烯（Zboril, R. ; Karlicky, F. ; Bo urlinos, A. B. ; Steriotis, T. A. ; Stubos, A. K. ; Georgakilas, V. ; Safarova, K. ; Jancik, D. ;Trapalis, C. ; Otyepka, M. Small2010, 6, 2885.)，但是效率极低，而且不能实现含氟量的调 控。因此，如何在较温和条件下大规模制备含氟量可调控的氟化石墨烯，是该领域尚未解决 的难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种条件温和，产率高，生产过程安全可控，且能够调控产物 含氟量的氟化石墨烯的制备工艺。
[0005] 本发明的第一方面，提供了一种氟化石墨烯的制备方法，所述方法包括以下步 骤：
[0006] 用氟化试剂与氧化石墨烯反应，得到氟化石墨烯。
[0007] 在另一优选例中，所述的氟化试剂是液态或固态氟化试剂。
[0008] 在另一优选例中，氟化试剂与氧化石墨烯的质量比为：氟化试剂：氧化石墨烯 =0. 001-500 :1，优选为氟化试剂：氧化石墨烯=0. 1-100 :1。
[0009] 在另一优选例中，所述的氟化试剂选自下组：
【权利要求】
1. 一种氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 用氟化试剂与氧化石墨烯反应，得到氟化石墨烯。
2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的氟化试剂选自下组：
(式VIII)，或其组合； 其中，Rp R2、R3各自独立地选自下组：取代或未取代的Cl?C40烷基； 或札、R2、R3和N原子共同构成取代或未取代的Cl?C40杂芳基； 父1、\各自独立地选自下组：1^、(：1、81'、1; R4、R5各自独立地选自下组：H、F、Cl、Br、I、取代或未取代的Cl?C40烷基、取代或未 取代的C3?C40环烷基、取代或未取代的Cl?C40杂环烷基、取代或未取代的Cl?C40 的烷基-胺基、取代或未取代的C6?C40芳基、取代或未取代的Cl?C40杂芳基； 或&和1?5共同组成选自下组的基团：
其中，R8、R9各自独立地选自下组：取代或未取代的Cl?C40烷基、取代或未取代的 Cl?C40烷氧基、取代或未取代的Cl?C40烷基-胺基、取代或未取代的Cl?C40环烷 基_胺基； 或R8、R9和N共同构成取代或未取代的Cl?C40杂环烷基； R6、R7各自独立地选自下组：取代或未取代的Cl?C40烷基、取代或未取代的Cl?C40 烧氧基； 或R6、R7和N共同构成取代或未取代的Cl?C40杂环烷基； 上述各式中，取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代：C1?C40 烷基、C3?ClO环烷基、Cl?ClO烷氧基、卤素、羟基、羧基（-COOH)、Cl?ClO醛基、C2? ClO酰基、C2?ClO酯基、氨基、苯基； 所述的苯基包括未取代的苯基或具有1-3个取代基的取代苯基，所述取代基选自：卤 素、Cl-ClO烷基、氰基、OH、硝基、C3?ClO环烷基、Cl?ClO烷氧基、胺基。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 当反应进行完毕后，加入淬灭剂使反应体系淬灭。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述淬灭剂选自下组：醇类、硫醇类、胺类、 酮类、酰胺类、水，或其组合。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在惰性溶剂中进行。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述反应结束后，将反应体系进行膜过 滤，得到固体产物。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：用溶剂洗涤所述固体产 物。
8. -种氟化石墨烯，其特征在于，所述氟化石墨烯是通过如权利要求1?7所述的方法 制备的。
9. 如权利要求8所述的氟化石墨烯的用途，其特征在于，作为半导体材料；和/或 用于制作选自下组的制品：场效应晶体管、太阳能电池器件修饰层、发光二极管器件的 修饰层、信息存储器件；和/或 作为电极材料用于制备电池器件；和/或 作为生物医用材料用于细胞组织的诱导培养。
10. -种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如权利要求8所述的石墨烯。
【文档编号】C01B31/04GK104211048SQ201310222358
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】李维实, 陈庆云, 赵福刚, 赵刚, 李柏力, 王金土, 葛从伍, 梅崇余 申请人:中国科学院上海有机化学研究所