一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法和应用，其制备方法包括：将石墨烯放入反应釜中，升温至320～350℃后，于30‑60s内通入惰性气体升压至1～1.5MPa，保持1‑3min，然后放出气体，并循环上述升压‑保压‑降压步骤5‑10次，得到预处理石墨烯；将预处理石墨烯在氟气气氛下，升温至320～350℃，进行氟化反应，得到氟化石墨烯。本发明专利技术通过对石墨烯进行预处理，即在高温条件下，进行快速的升压‑保压‑降压并多次循环，对石墨烯实现挤压，使石墨烯的层间空隙松动扩大，使氟化反应中有更多的氟插层进入石墨烯层间，从而显著提高了氟化石墨烯的氟碳比，使其具备良好的润滑性能和耐酸碱腐蚀性能，可作为润滑剂添加剂。

【技术实现步骤摘要】
一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法和应用
本专利技术属于氟化石墨烯制备
，具体涉及一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法和应用。
技术介绍
氟化石墨烯作为石墨烯的一种衍生物，具有耐高温、化学稳定性好以及独特的电、磁、光学特性，是一种性能独特的新材料，其结构类似于石墨烯，表现出了优异的绝缘体或半导体特性，还可以通过控制氟化石墨烯片层的尺寸来实现对其带隙的控制。同时，氟化石墨烯通过引入氟的改性，使其表面具有极低的表面能，因此能够非常轻易的实现超疏油和超疏水的双疏特性，在表面处理与润滑剂等领域上有着广阔的应用前景。氟化石墨烯中氟碳比的高低对于其性能具有一定的影响，一般来说，氟含量高的氟化石墨烯的润滑性能和耐酸碱腐蚀性能均优于氟含量低的氟化石墨烯，因此如何提高氟化石墨烯中的氟含量，进而得到高润滑耐酸碱腐蚀的氟化石墨烯是目前的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法和应用，通过对石墨烯进行预处理，即在高温条件下，短时间内快速升压-保压-降压，并循环多次，以实现对石墨烯的挤压，使得石墨烯的层间孔隙松动扩大，因此在后续的氟化反应过程中有更多的氟插层进入石墨烯层间，从而显著提高了氟化石墨烯的氟碳比，进而提高了氟化石墨烯的润滑性能和酸碱腐蚀性能，可将其作为润滑剂添加剂，应用于润滑剂中。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法，包括：步骤1、将石墨烯放入反应釜中，升温至320～350℃后，于30-60s内通入惰性气体升压至1～1.5MPa，保持1-3min，然后放出气体，并循环上述升压-保压-降压步骤5-10次，得到预处理石墨烯；步骤2、将所述预处理石墨烯在氟气气氛下，升温至320～350℃，进行氟化反应，得到氟化石墨烯。本专利技术主要专利技术点在于：于氟化反应前对石墨烯进行了预处理，即在高温条件下，进行快速的升压-保压-降压，通过多次循环上述升压-保压-降压步骤，可对石墨烯实现挤压，使石墨烯的层间空隙松动扩大，使后续进行氟化反应时，有更多的氟插层进入石墨烯层间，从而显著提高了氟化石墨烯的氟碳比。进一步的，步骤1中，在反应釜壁上设置有超声波振动仪。通过超声波的振动作用，可进一步扩大石墨烯的层间空隙，提高氟碳比。进一步的，步骤2的氟化反应过程中，添加有体积分数为0.5～1％的氟化氢。在氟化反应中添加少量的氟化氢作为催化剂，使得氟化反应进行的更顺利、更充分，使更多的氟插层进入石墨烯层间。进一步的，步骤2的氟化反应过程中，添加有体积分数为1～30％的惰性气体。通过添加一定量的惰性气体，可避免氟化反应过于剧烈，并且相比于现有技术，本专利技术中添加的惰性气体含量相对较少，氟气含量更高，因此可适当降低氟化反应的反应温度和压力，从而避免了过高温度和压力导致氟化石墨烯降解的风险，并且缩短了反应时间、能耗更低。进一步的，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。本专利技术还提供了一种高氟碳比氟化石墨烯，其为采用上述的制备方法得到。本专利技术还提供了上述高氟碳比氟化石墨烯在制备润滑剂中的应用。将上述制备得到的高氟碳比氟化石墨烯作为润滑油添加剂，可显著提高润滑剂的润滑性能和耐酸碱腐蚀性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在氟化反应前对石墨烯进行预处理，即在高温条件下，进行快速的升压-保压-降压，通过多次循环升压-保压-降压的步骤，可对石墨烯实现挤压，使石墨烯的层间空隙松动扩大，因此在后续进行氟化反应时，可以有更多的氟插层进入石墨烯层间，从而显著提高了制备得到的氟化石墨烯的氟碳比。进一步的，在预处理过程中增加超声波处理，可进一步增大石墨烯层间空隙，同时在氟化反应中加入少量氟化氢作为催化剂，可使氟化反应进行的更充分彻底，使更多的氟插层进入石墨烯层间。采用该方法制备得到的氟化石墨烯的氟碳比高达3.35，因此具备良好的润滑性能和耐酸碱腐蚀性能，可将其作为润滑剂添加剂，不仅可增加氟化石墨烯在基础润滑油中的分散性能，而且还可显著提高润滑剂的润滑性能，减少磨损，并增加耐酸碱腐蚀性。附图说明图1为本专利技术实施例4制备得到的氟化石墨烯的透射电镜示意图；图2为本专利技术实施例4制备得到的氟化石墨烯的水接触角检测图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供了一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法，具体为：步骤1、将石墨烯(购于深圳粤网节能技术服务有限公司)放入反应釜中，将反应釜升温至320℃后，于30-60s内通入氮气升压至1MPa，保持1-3min，然后放出气体，并循环上述升压-保压-降压步骤5-10次，得到预处理石墨烯；步骤2、称取1g所述预处理石墨烯，升温至320℃，并以0.1L/min的流速通入氟氮混合气至0.3MPa，进行氟化反应，反应18h，得到氟化石墨烯，其中氟氮混合气中氟气的体积分数为60％，氮气的体积分数为40％。本实施例通过对石墨烯进行了预处理，即在高温条件下，进行快速的升压-保压-降压，通过多次循环上述升压-保压-降压步骤，可对石墨烯实现挤压，使石墨烯的层间空隙松动扩大，使后续氟化反应时有更多的氟插层进入石墨烯层间，因此可显著提高了氟化石墨烯的氟碳比。同时，石墨烯在320℃以下与氟气主要反应生成四氟化碳气体，在320℃以上才发生插层反应生成氟化石墨烯。现有技术为增加氟化石墨烯的生成，通常采用升高氟化反应的反应温度和压力，然而温度和压力过高易导致氟化石墨烯达到分解临界点。本专利技术的氟化反应中，通过提高氟氮混合气中的氟气含量，使得氟化反应的温度和压力有所降低，其中反应温度为320℃，压力为0.3MPa，不仅避免了氟化石墨烯的降解，同时反应过程更加安全节能环保，反应时间也有所缩短。实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例在步骤1的石墨烯预处理过程中，还在反应釜壁上设置有超声波振动仪，通过超声波振动作用与快速的升压-保压-降压步骤相结合，可进一步石墨烯的层间空隙，使可插层的氟更多，氟碳比进一步提高。实施例3本实施例与实施例2的不同之处在于：本实施例在实施例2的基础上，在步骤2的氟化反应过程中加入体积分数1％的氟化氢作为催化剂(则氟氮混合气中氟气的体积分数为60％，氮气的体积分数为39％)，原位催化氟化反应，使氟化反应进行的更充分彻底，可显著提高氟化石墨烯的产率。实施例4本实施例与实施例3的不同之处在于：氟化反应中，氟气的体积分数为80％，氮气的体积分数为19.5％，氟化氢气体的体积分数为0.5％。本实施例制备得到的氟化石墨烯的透射电镜图如图1所示。评价方案分别测定实施例1-4制备得到氟化石墨烯的产率，并利用XPS定量分析产物氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1、将石墨烯放入反应釜中，升温至320～350℃后，于30-60s内通入惰性气体升压至1～1.5MPa，保持1-3min，然后放出气体，并循环上述升压-保压-降压步骤5-10次，得到预处理石墨烯；/n步骤2、将所述预处理石墨烯在氟气气氛下，升温至320～350℃，进行氟化反应，得到氟化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种高氟碳比氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、将石墨烯放入反应釜中，升温至320～350℃后，于30-60s内通入惰性气体升压至1～1.5MPa，保持1-3min，然后放出气体，并循环上述升压-保压-降压步骤5-10次，得到预处理石墨烯；
步骤2、将所述预处理石墨烯在氟气气氛下，升温至320～350℃，进行氟化反应，得到氟化石墨烯。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，在反应釜壁上设置有超声波振动仪。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢子卓，谢学归，
申请(专利权)人：湖北卓熙氟化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42