石墨层间化合物的研究进展

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1、石墨层间化合物的研究进展李晓英（无机化学专业20101072）摘要：综述了石墨层间化合物的历史发展及现状、结构性能、制备方法，特别指出了石墨层间化合物的应用及发展前景。关键词：石墨层间化合物；密封；阻燃；石墨层间化合物材料（GraphiteIntercalationonCompounds,简称GIC）是近40年发展起来的新型炭素材料，由美国联合碳化物公司在1963年首先屮请可膨胀石墨制造技术专利并于1968年进行工业化生产.GIC不但保留了石墨原有的理化特性，而且市于碳原子层与插入层原子的相互作用又产生了一系列的新特性

2、，如高导电性、超导性、电池特性、催化剂特性、储盘特性等,因而被用作极富特色的功能材料、结构材料，吸引了众多学者进行实验和理论研究.［1］一、历史发展及现状石墨层间化合物在人类历史上的首次出现应追溯到1841年，当时德国人Schaufautl将天然石墨浸泡在浓IIN03和浓II2S04的混合液中，数小时后取出烘干，发现石墨发牛了膨胀现象，当吋的J.Prackt.Chem.杂志详细报道了这一发现。1859年Brodie完善了酸化石墨工艺，此后GIC的合成及理论研究始终未离开HC104,HN03,H2S04三种酸的研究领域，

3、且仅限于工艺研究。直到1926年Fredenhagen和Cadenbach才合成了碱金属K-G1C,从而使GIC进入碱金属领域研究。1932年ILThiele首次成功合成了氯化物系GIC：Fe-C13-GICo1934年，0.Ruff和0.Brestshneider通过控制爆破和燃烧反应,由石墨合成11!灰色的疏水物质氛化石墨；1940年W.Rudorff合成了GBr,之后他通过严密控制反应温度合成了CF0.876〜CF0.988的氟化石墨，合成的化合物的颜色随含氟量的增加从灰色变为白色。1947年Rudorff又合成

4、出氯化卤素GIC：C51C1等；1952年Hennig合成了氯化石墨C2C1,真正揭开了卤素GIC研究的序幕［2］。目前有关GIC的研究十分活跃，就已经发现的GTC的物化特性來看，主要有以下几个方面:高导电性、超导性、触媒特性、储盘特性等。就其实用化而言，已开发出的有柔性石墨材料、电池材料、高导电材料、超导材料、磁学及磁性材料、催化剂材料和分子（原子）筛超细粉材料等［3］。此外，GIC作为一种新型的纳米级复合材料，石墨层间化合物不但保留了石墨原有的性质，而且赋予了原有石墨和插层物质均不具备的新性质。石墨插层反应以及石墨

5、插层复合材料的研究无论对丁发展新型插层反应、新型材料、扩展化合物的类型，还是深入理解插层化合物主客体Z间的相互修饰关系，研究插层反应机制及其反应动力学都有着重要的意义。因此，作为一种新型功能材料备受到材料学家、物理学家和化学家的青睐［4］。近二十年來，人们对石墨层间化合物的研究兴趣与日俱增。二、石墨层间化合物结构性能石墨层间化合物主要是用化学方法制备的，从插入层与石墨层之间的电子授受关系来说，主要分为两大类:一类是插入层的电子向石墨层转移，称为施主型插层化合物，例如:碱金属、碱土金属、稀土金属等形成的插层化合物;另一类

6、是石墨层的电子向插入层转移，称为受主型插层化合物，例如强酸和金属卤化物等形成的插层化合物。除这两类外，近年来又发现一类插层化合物，在插入层与石墨层Z间儿乎不存在电子授受行为，例如惰性气体氟化物和卤素的氟化物，它们以分子形式存在于插层化合物中，Selig和Ebert等人对这类化合物进行了较详细的研究，提出了一种共振结构假设［6］。三、石墨层间化合物的制备方法［7］1、化学插层法制备用的初始原料系含碳量99%以上32〜80目的天然高碳鳞片状石墨，其余化学试剂如浓硫酸（98%以上），过氧化氢（28%以上），高猛酸钾等均使用工

7、业级试剂。制备的一般步骤为:在适当温度下，将不同配比的过氧化氢溶液、天然鳞片石墨和浓硫酸以不同的加入程序，在不断搅拌下反应一定吋I'可，然后水洗至中性，离心分离，脱水后于60°C真空干燥，当有必要进行后处理时，上述水洗前的初级产物在搅拌下加入一定量的高猛酸钾固体粉末反应0.5h，然后再水洗，离心和干燥。2、电化学法在一种强酸电解液中处理石墨粉末以制成石墨层间化合物，水解、清洗和干燥。处理是在氧化还原电位恒定为0.55〜1.55V下，存在有化学氧化剂下进行的，或在阳极电位恒定在1〜2V、酸与石墨的质量比为1〜4条件下当电

8、流流过放置于阳极和阴极之间的石墨与酸的混合物时，通过石墨的阳极氧化而进行处理。作为强酸主要使用硫酸或硝酸。此种方法制得的石墨层间化合物有着低硫含量。3、超声氧化法制备石墨层间化合物的过程中，对阳极氧化的电解液进行超声波振动，超声波振动的吋间与阳极氧化的时间相同，超声波功率电流小于500mAo由于超声波对电解液的振动有利于阴、阳极的