氟化石墨結(jié)構(gòu)分析-熱穩(wěn)定性-XRD

一、氟化石墨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

氟化石墨是氟原子與構(gòu)成網(wǎng)狀平面的碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的化合物。

氟化石墨化學(xué)結(jié)構(gòu)式可用（CFx）n表示，x為不定值，其范圍一般在0之間。氟化石墨的性質(zhì)隨分子式中碳和氟的比值不同而不同。

具體過程為通過打破碳層π鍵(sp²雜化)，并和碳原子結(jié)合形成C-F鍵的一種過程，是修飾和控制碳材料物理化學(xué)性質(zhì)有效的方法之一，其能夠改善碳材料的表面極性、電導(dǎo)性、吸附能力和電容性性能。

目前它具有兩種穩(wěn)定的化合物，一種為聚單氟碳，化學(xué)式為（CF）n；另一種是聚單氟二碳，化學(xué)式為（C₂F）n。由于氟的原子半徑小，電負(fù)性又高，其化合物顯示出獨(dú)特性質(zhì)。

單層化合物（CF）和（C2F）結(jié)構(gòu)示意圖

二、氟化石墨的性質(zhì)

物理性質(zhì)

1.C/F原子比

氟化石墨性能隨分子結(jié)構(gòu)中的C/F原子的比值而異。C/F比值≤1稱之為高氟化度氟化石墨；C/F比值>1稱之為低氟化度氟化石墨。

高氟化度石墨具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，是電和熱的絕緣體，不受強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的腐蝕，潤(rùn)滑性能超過MoS₂和鱗片石墨。

低氟化度石墨呈灰黑色，熱穩(wěn)定性較差，一般不作潤(rùn)滑劑。但它是制造高能無水電池陰極的理想材料。氟化碳作為鋰氟碳原電池正極材料的電容量，主要是取決于氟碳比，孔結(jié)構(gòu)，材料的電導(dǎo)，電壓平臺(tái)與放電容量是決定能量密度的主要因素, 鋰離子是和氟化碳表面的氟反應(yīng)的, 碳氟鍵從sp3雜化變?yōu)?/span>sp2雜化, 放電反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)候，正極材料的電導(dǎo)率會(huì)在一定程度提升。

2.熱穩(wěn)定性

高于500℃才有少量失重，是熱穩(wěn)定性較差的化合物。

3.潤(rùn)滑性能

是潤(rùn)滑脂類和固體潤(rùn)滑劑（二硫化鉬、石墨等）中摩擦系數(shù)較低的，在27~344℃內(nèi)，摩擦系數(shù)只為0.1~0.13。

化學(xué)性質(zhì)

表面能：氟化石墨的表面能極低。

三、XRD表征

XRD測(cè)試結(jié)果，圖中四種不同碳源、氟碳比的氟化程度很均勻，氟氣反應(yīng)是從邊緣插層進(jìn)去的，鱗片石墨會(huì)慢很多，氟碳比0.51沒有完全氟化，還有很強(qiáng)的石墨結(jié)構(gòu)峰。