一种通过石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法。首先将曲率为0.3～1.5nm‑1单壁碳纳米管或富勒烯C60放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。在10‑100分钟内将管式炉由室温升至200‑400℃到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:1‑1:4，混合气体由氩气作为载气。待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。本发明专利技术操作简单，成本低，产量高，由平面曲率较小的单壁碳纳米管制得的氟化碳放电电压为2.8V～3.0V左右，且单壁碳纳米管的曲率越大，发电电压越高；而曲率较大的富勒烯C60制得的氟化碳放电电压为3.5V左右。

A method for adjusting the discharge voltage of fluorinated carbon through the plane curvature of graphene

The invention relates to a method for regulating the discharge voltage of the fluorinated carbon through the plane curvature of graphene. The curvature is 0.3 ~ 1.5nm 1 single walled carbon nanotubes and fullerene C60 in a tube furnace heating zone, installation and furnace gas tightness test tube to tube through the sufficient argon eliminating tube furnace air. In the 10 100 minutes into the tube furnace from room temperature to 400 DEG C to 200 mixed gas set temperature to the inside of the tube into the gas and hydrogen fluoride, the volume ratio of 1:1 1:4, mixed gas by argon as a carrier gas. After the reaction is finished, the furnace is cooled to room temperature, and then the product is obtained. The invention has the advantages of simple operation, low cost, high yield, carbon fluoride discharge from single walled carbon nanotubes have smaller plane curvature is 2.8V ~ 3.0V, and the curvature of single walled carbon nanotubes is larger, the higher the voltage power; and the greater curvature of fullerene C60 prepared fluorinated carbon discharge voltage is 3.5V about.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法，具体地说是通过调节石墨烯的平面曲率的不同控制所制备的氟化碳材料放电电压的方法。
技术介绍
氟化碳材料是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型碳基材料研究热点之一，特别是最近几年氟化碳材料在高能锂原电池领域的快速发展进一步促进其应用推广。但是其作为锂原电池正极使用仍然有很多问题急需解决，其中放电电压过低以及伴随的剧烈发热现象是限制其在某些极端条件下使用的主要障碍。目前商业化的氟化石墨材料放电电压一般为2.5～2.6V(vs.Li+/Li)，远低于理论计算值。这是由于sp3杂化构型的氟化石墨中氟碳键均表现出共价性，只能利用其～55％的化学能，剩余的能量以热能的形式释放，造成大量的热能释放。因此如何调控氟化碳材料的氟碳键的键型成为提高氟化碳材料放电电压的关键。研究发现石墨烯片层的曲率对于所制备的氟化碳中氟碳键键型具有至关重要的影响。石墨烯片层的弯曲造成碳原子同时含有sp2和sp3杂化成分，当其转化为氟化碳时碳原子则仍然能够保持部分的sp2杂化构型，不会完全转化为类似于氟化石墨的sp3杂化构型，降低了氟原子和碳原子杂化轨道之间的重合度，最终导致氟碳键共轭程度的降低，提高氟化碳放电电压。同时，石墨烯不同的弯曲程度会导致sp2和sp3杂化成分含量的不同，因此石墨烯片层曲率的变化能够调控放电平台，有效的控制锂-氟化碳电池的放热现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过石墨烯曲率调节氟化碳材料放电电压的方法，该方法操作简单有效。制备的氟化碳材料具有部分sp2杂化结构，其放电电压高于商业化氟化石墨材料，本专利技术采用以下技术方案：一种利用石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法，步骤如下：(1)将曲率为0.3～1.5nm-1单壁碳纳米管或富勒烯C60放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气；(2)在10-100分钟，将管式炉由室温升至200-400℃，然后向管内通入氟气与氢气的混合气体，混合气体由氩气作为载气；(3)保持反应时间0.5-24小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。所述步骤(2)在20-60分钟，将管式炉由室温升至200-300℃，然后向管内通入体积比为1:1-1:4氟气与氢气的混合气体，混合气体由氩气作为载气。所述步骤(3)保持反应时间8-16小时。本专利技术操作简单，成本低，产量高，而且后处理简单，制备成本低廉。可以通过原料石墨烯的平面曲率变化调控氟化碳产物的杂化结构，从而调控放电电压。根据所选择的石墨烯原料平面曲率的不同，所得的氟化碳材料的放电电压也有所不同，其中由平面曲率较小的单壁碳纳米管制得的氟化碳放电电压为2.8V～3.0V左右，且单壁碳纳米管的曲率越大，放电电压越高；而曲率较大的富勒烯C60制得的氟化碳放电电压为3.5V左右。附图说明图1为由实施例1制备的氟化碳放电曲线图；图2为由实施例2制备的氟化碳放电曲线图；图3为由实施例3制备的氟化碳放电曲线图；图4为由实施例4制备的氟化碳放电曲线图；图5为由实施例5制备的氟化碳放电曲线图。具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术技术方案进行说明。在实施例中使用的各种碳源为可使用的市售产品。实施例11)将直径为1.5nm，曲率为1.33nm-1的单壁碳纳米管放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。2)在20分钟内将管式炉由室温升至200℃，到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:1，混合气体由氩气作为载气。3)保持反应时间8小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。4)对所得产物进行放电测试，测得其放电电压为3.129V。实施例21)将直径为2.24nm，曲率为0.89nm-1的单壁碳纳米管放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。2)在60分钟内将管式炉由室温升至300℃，到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:4，混合气体由氩气作为载气。3)保持反应时间16小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。4)对所得产物进行放电测试，测得其放电电压为3.001V。实施例31)将直径为3.23nm，曲率为0.62nm-1的单壁碳纳米管放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。2)在40分钟内将管式炉由室温升至250℃，到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:2，混合气体由氩气作为载气。3)保持反应时间12小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。4)对所得产物进行放电测试，测得其放电电压为2.906V。实施例41)将直径为6.39nm，曲率为0.31nm-1的单壁碳纳米管放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。2)在45分钟内将管式炉由室温升至300℃，到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:3，混合气体由氩气作为载气。3)保持反应时间12小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。4)对所得产物进行放电测试，测得其放电电压为2.805V。实施例51)将曲率为2.94nm-1的富勒烯C60放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气。2)在30分钟内将管式炉由室温升至250℃，到达设定温度后向管内通入氟气与氢气的混合气体，体积比为1:3，混合气体由氩气作为载气。3)保持反应时间12小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。4)对所得产物进行放电测试，测得其放电电压为3.528V。本专利技术公开和提出一种通过石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本专利技术的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本专利技术精神、范围和内容中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法，其特征是步骤如下：(1)将曲率为0.3～1.5nm‑1单壁碳纳米管或富勒烯C60放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气；(2)在10‑100分钟，将管式炉由室温升至200‑400℃，然后向管内通入氟气与氢气的混合气体，混合气体由氩气作为载气；(3)保持反应时间0.5‑24小时，待反应结束后炉膛降温至室温后取出，得到产物。

【技术特征摘要】
1.一种利用石墨烯平面曲率调控氟化碳放电电压的方法，其特征是步骤如下：(1)将曲率为0.3～1.5nm-1单壁碳纳米管或富勒烯C60放入管式炉加热区，安装并检查管式炉气密性，向管中通入足量氩气排除管式炉内空气；(2)在10-100分钟，将管式炉由室温升至200-400℃，然后向管内通入氟气与氢气的混合气体，混合气体由氩气作为载气；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：封伟，曹晨，李瑀，冯奕钰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12