一种碳纳米管表面氟化方法技术

一种氟化碳纳米管的制备方法，按如下步骤：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排出后，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，再以同样的速率降温至150℃~170℃后保温12h，然后，随炉冷却至室温后取出制备好的氟化碳纳米管。本发明专利技术使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。

A fluorination method for carbon nanotubes surface

A method for preparing fluorinated carbon nanotubes is described in the following steps: placing quartz boats with perfluororesin and multi-walled carbon nanotubes respectively in a heat-treated tubular furnace, discharging the air from the furnace through argon gas, heating the tubular furnace to 350 C at a rate of 2 C/min for 2 hours, then cooling it to 150 C ~ 170 C at the same rate for 2 hours. The 12h was then heated and the carbon nanotubes were prepared after the furnace was cooled to room temperature. The invention makes the fluorination method on the surface of the carbon nanotubes safer, simpler and more efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管表面氟化方法
本专利技术属于氟化碳纳米管的制备方法领域，涉及一种碳纳米管表面氟化的方法。
技术介绍
目前人们在开发新型的清洁能源的主要目光聚中于对锂离子二次电池的研究，但是高能量密度的一次电池在各种电子设备中不可缺少，依然值得人们去开发研究。已经商业化的一次电池中以氟化石墨（分子式为CFx，x=1）为正极活性材料的锂氟（Li/CFx）一次电池的理论比容量达865mAh/g，高于任何传统的Li/MnO2、Li/SO2、Li/SOCl2等锂一次电池的理论比容量。且Li/CFx一次电池具有电池储存时间长、自放电率低、安全系数高等优势，使得它在军事、医疗，如军人便携式电源，心脏起搏器等植入式医学装置的应用具有独特的优势，同时它能够应用于电子计算机、钟表、照相机以及集成电炉存储器等领域，而备受人们的青睐。但由于氟化石墨的导电性差、反应产物LiF的电子绝缘性和较强的Li-F键能等原因使得Li/CFx一次电池呈现活性物质利用率低、高倍率放电容量衰减较大，约为理论容量的30%等缺陷而限制了Li/CFx一次电池更深入的开发利用。为了降低或者消除这些缺陷，研究者们积极的开发尝试各种方法，比如使用氟碳原子比为1:1的氟化碳纳米管（F-MWCNTs）代替氟化石墨作为锂氟一次电池的正极材料。因F-MWCNTs具有许多独特的性能，比如能够在不破坏多壁碳纳米管（MWCNTs）管状结构的前提下，在MWCNTs管表面，氟和碳反应生成氟化碳，由于原位生成氟化碳，消除了氟化碳和内层碳纳米管之间的界面电阻，大幅提高了电子的传导速率，使得氟化碳纳米管为正极的锂氟电池对比氟化石墨锂氟电池性能大幅提高，放电电压、放电容量和能量密度分别提高0.3V、664mAh/g、352.5Wh/kg。这种对MWCNTs的改性不仅能提高MWCNTs的容量而且能够保持MWCNTs内部良好的导电性能，将这种材料代替氟化石墨运用到锂氟一次电池有望改善锂氟电池的缺陷。同时氟化碳纳米管是一种较好的复合材料填料，如Miyagawa等利用酸酐固化制备法将0.2wt.%FWMWCNTs与环氧树脂的复合物、发现复合物的玻璃化转化温度下降了30℃，储能模量提高了20%。且氟化碳纳米管在固体润滑剂和分子电子学等领域具有较大的使用价值。目前氟化碳纳米管的制备有直接氟化法和等离子体法，这两种方法都是要以F2气体或者CF4气体为氟化源，传统的以F2、CF4或混合气体作为氟化剂对碳纳米管表面氟化的方法，虽然比较直接明确，但安全性要求极高，且成本较高。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种氟化碳纳米管的制备方法，使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术采用全氟树脂（CYTOP）为氟化剂，其化学结构式如下。当加热到较低温度（≤100℃）时，全氟树脂就会开始分解产生F2，当升温到恰当的温度时，全氟树脂就会分解产生充足的F2气体与多壁碳纳米管发生反应，进而在碳纳米管外层生成氟化碳纳米管。本专利技术所述的一种氟化碳纳米管的制备方法，其具体的技术方案如下：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排出后，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，再以同样的速率降温至150℃~170℃后保温12h，然后，随炉冷却至室温后取出制备好的氟化碳纳米管。本专利技术使碳纳米管表面氟化方法更安全，简单，高效。附图说明图1为原始多壁碳纳米管和氟化后的多壁碳纳米管（C:F=1:1）的TEM电镜对比图。其中，（a）为多壁碳纳米管氟化前的TEM图；（b）为多壁碳纳米管氟化后TEM图。图2为原始多壁碳纳米管和氟化后的多壁碳纳米管（C:F=1:1）的XRD对比图。图3为原始多壁碳纳米管和氟化后（C:F=1:1）的多壁碳纳米管的XPS对比图。图4氟化碳纳米管和氟化石墨分别作活性物质的锂氟一次电池在1C倍率放电时的放电曲线对比图。可以看出在1C放电时，氟化石墨作正极活性物质的锂氟一次电池放电比容量为591mAh/g，而氟化多壁碳纳米管作正极的锂氟一次电池的放电比容量为664mAh/g，相对于前者，后者增加了173mAh/g，同时电压平台提高了0.3V，能量密度增加了352.5Wh/kg。具体实施方式本专利技术将通过以下实施例作进一步说明。但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1。称取20g固态状的全氟树脂和10g的碳纳米管分别置于石英舟内，用多孔隔层将全氟树脂和多壁碳纳米管上下隔开放置，再将石英舟放入热处理管式炉内，通入氩气排出空气后关闭气阀，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，在以同样的速率降温至150℃后保温12h，随炉冷却至室温后将氟化后的多壁碳纳米管取出。经检测制备的氟化多壁碳纳米管的氟碳比为1:1。通过改变保温时间可以制备不同氟碳比的氟化碳纳米管。实施例2。称取20g固态状的全氟树脂和10g的碳纳米管分别置于石英舟内，用多孔隔层将全氟树脂和多壁碳纳米管左右隔开放置，再将石英舟放入热处理管式炉内，通入氩气排出空气后关闭气阀，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，在以同样的速率降温至170℃后保温10h，随炉冷却至室温后将氟化后的多壁碳纳米管取出。经检测制备的氟化多壁碳纳米管的氟碳比为1:1。通过改变保温时间可以制备不同氟碳比的氟化碳纳米管。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟化碳纳米管的制备方法，其特征是按如下步骤：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排出后，将管式炉以2℃/min的速率升温至350℃后保温2h，再以同样的速率降温至150℃~170℃后保温12h，然后，随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.一种氟化碳纳米管的制备方法，其特征是按如下步骤：将分别装有全氟树脂和多壁碳纳米管的石英舟置于热处理管式炉内，通入氩气将炉内的空气排...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓刚，魏成成，陈珑，胡浩，蔡满园，邱治文，王杰，陈玮，李旭，黄雅盼，梁国东，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36