卤化石墨与卤化石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种卤化石墨与卤化石墨烯及其制备方法。所述卤化石墨的制备方法是将膨胀石墨与卤素单质在微波辐射下进行反应即得所述卤化石墨。所述卤化石墨烯的制备方法是按照上述方法得到卤化石墨，然后将所述卤化石墨进行分散、离心并收集上层清夜，经处理即得所述卤化石墨烯。所述卤化石墨烯中单质卤的质量百分含量为０．５％－４．０％。本发明专利技术的制备方法能够高收率，大量的生产卤化石墨和卤化石墨烯。此外，本发明专利技术还具有合成路线简单，合成成本低（原料均为商业化的廉价产品），反应时间短等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学修饰石墨与石墨烯及其制备方法，具体涉及卤化石墨与石墨烯及 其制备方法。
技术介绍
碳是自然界最普遍的元素之一，碳化合物的成键方式和结构形式极其丰富，膨胀 石墨便是其中一种新型碳素材料。早在19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝 酸等化学试剂作用后加热，发现了膨胀石墨，然而其应用则在百年之后才开始。从此，众多 国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发，取得了重大的科研突破。多年以来能够大量、高收率的修饰石墨的方法只有氟化和氧化。但是它们又存在 着各自的问题氟化石墨中使用的含氟原料由于其巨大的毒性，易爆性和腐蚀性使得其在 工业生产中需要特制的反应设备；氧化石墨由于含有的官能团复杂多变，使得其存在非常 难以有效的进一步化学修饰。因此寻找一种新型，有效，简便的化学修饰石墨及其方法是十 分有价值的。石墨烯是继富勒烯、碳纳米管之后被科学家们发现的又一种新的碳元素结构形 态，是由SP2杂化碳原子键合，且具有六方点阵蜂窝状二维结构的单层平面石墨。2004年 科学家首次成功剥离出石墨烯(Science. 2004，306，666-669)，推翻了人们以前普遍接受的 严格的二维晶体无法在有限的温度下存在的科学预言，对凝聚态物理的发展有可能产生重 大的影响。此外石墨烯表现出来的一系列奇特的电子和物理特性，在分子电子学，微纳米器 件，超高速计算机芯片，高转换效率电池，固态气敏传感器，氢储存等领域有着重要的应用 前景(Nature Nanotechnology. 2008，3，10-11)。大量研究表明，化学修饰石墨烯可以有效地增加石墨烯的能带宽度，改善石墨 烯的溶解性，使得石墨烯拥有其它新的物理和化学性质，改善石墨烯和其他功能材料的 亲和能力。传统的制备化学修饰的石墨烯是通过强氧化剂将石墨氧化成氧化石墨(Nat. Nanotech. 2008，3，101-105)。这种方法可以制备大量的石墨烯，但是由于氧化剂对石墨层 的破坏作用，石墨烯质量很差且存在较多的缺陷。所以，开发简单、高产量、高质量的化学修 饰石墨烯及其制备方法是石墨烯进一步发展的重点，也是实现石墨烯大规模，低成本使用 的前提条件，具有巨大的科学研究价值和经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术提供一种卤化石墨的制备方法，是将膨胀石墨与卤素单质在微波辐射下进 行反应即得所述卤化石墨。上述方法中，所述微波辐射的功率为100W-1400W，如200W-1200W、600W-1000W、 100W、200W、400W、600W、800W、1000W、1200W 或 1400W ；所述微波辐射的时间为 0. 01 小时-200 小时,如1小时-150小时、50小时-120小时、80小时-100小时、0. 01小时、1小时、25小时、80小时、100小时、120小时、150小时或200小时；所述微波辐射的温度为_196°C -300°C, 如-196 °C -250 °C >25 °C -300 °C >25 °C -250 °C >100 °C -300 °C >100 °C -250 °C >150 °C -300 °C > 150"C -250"C >150V -200°C、-196°C、25°C、100°C、150°C、200°C、250°C或 300V。上述方法中，所述反应在惰性气体或真空下进行；所述真空的真空度为 ICT4-IO3Pa,如 1(Γ4 或 103Pa。上述方法中，所述反应在常压下进行。上述方法中，所述膨胀石墨与卤素单质的质量比为(1 0. 05)-(1 5000)， 具体可为(1 0.05)-(1 3000)、(1 500) "(1 5000)、(1 500)-(1 3000)、 (1 500-1 2000)、(1 1000-1 5000)、(1 1000)- (1 3000)、 (1 1000)-(1 2000)、(1 1200)-(1 5000)、(1 1200)-(1 3000)、 (1 1200)-(1 2000)、(1 1200)-(1 5000)、(1 1200)-(1 3000)、 (1 1200)-(1 2000)、(1 1200-1 1500) U 0.05,1 500,1 1000,1 1200、 1 1500,1 2000,1 3000或1 5000 ；所述卤素单质为单质溴或单质氯。本专利技术提供了上述方法制备的卤化石墨。本专利技术提供了一种卤化石墨烯的制备方法，包括以下步骤1)按照上述方法制备卤化石墨；2)将上述卤化石墨进行分散、离心并收集上层清液即得所述卤化石墨烯。上述方法中，步骤2)所述分散采用超声分散；所述超声分散的超声功率为 IOff-IOOff ；超声时间为5分钟-300分钟；所述离心的离心力为10Xg-10000Xg ；离心时间 为5分钟-100分钟。上述超声分散的超声功率具体可为20W-80W、40W-60W、10W、20W、30W、40W、50W、 60W、70W、80W或100W ；上述超声分散的超声时间具体可为5分钟-250分钟、20分钟-250分 钟、30分钟-200分钟、60分钟-150分钟、80分钟-100分钟、5分钟、20分钟、30分钟、45分 钟、60分钟、80分钟、100分钟、150分钟、200分钟、250分钟或300分钟；上述离心的离心力 具体可为 200 X g-8000 X g、500 X g-7000 X g、1000 X g-5000 X g、3000 X g-4000 X g、10 X g、 200Xg、500Xg、1000Xg、3000Xg、4000Xg、5000Xg、7000Xg、8000Xg 或 IOOOOXg ；上述 离心的离心时间具体可为10分钟-90分钟、20分钟-70分钟、30分钟-60分钟、5分钟、10 分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、90分钟或100分钟。上述方法中，步骤2)所述分散在有机溶剂中进行；所述有机溶剂为二氯苯、N， N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二氧六环、甲苯、氯仿和N-甲基吡咯烷酮中至少一 种。上述方法中，步骤2)还包括将得到的上清液涂到Si02/Si衬底上，用氯仿洗涤并 干燥的步骤。本专利技术提供了一种卤化石墨烯，其由卤素和石墨烯通过C-X共价键结合，卤素占 所述卤化石墨烯的质量百分含量为0. 5% -4. 0%，所述卤素为单质溴或单质氯。上述卤化石墨烯，卤素占所述卤化石墨烯的质量百分含量具体可为0. 5%U. 0%, 1. 2%Λ. 5%,2. 5%,3. 0%,3. 5%,3. 7%或 4. 0%。上述卤化石墨烯可由上述卤化石墨烯的制备方法制备。本专利技术通过微波法制备了卤化石墨，并通过超声分散、离心手段制备得到了卤化石墨烯。通过透射电子显微镜、原子力显微镜表征了石墨烯的形貌，其为薄片状形貌； 用拉曼光谱、选区电子衍射表征了石墨烯的缺陷密度，其结晶状态很好，缺陷比较少，质 量高；用光电子能谱和能量损失谱，热重分析了卤化石墨烯中卤素的质量百分含量，为 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卤化石墨的制备方法，将膨胀石墨与卤素单质在微波辐射下进行反应即得所述卤化石墨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云圻，郑健，狄重安，武斌，刘洪涛，郭云龙，于贵，朱道本，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]