石墨插层化合物的制备及性能测试开题报告

1. 研究目的与意义

层型物质的层间可以通过插层反应插入或容纳多种多样的无机、有机或复合物，形成种类繁多、性质奇异的插层化合物，为我们提供了一种特殊的合成反应空间。石墨是一种典型的层型物质，其层间插入其他的物质后，层面及层间的一些结构参数发生了很大的变化，其他的光、电、磁、催化以及机械等性能也十分诱人。石墨层间插入的物质种类不同，所形成的石墨层间化合物即可膨胀石墨的性能也有所不同。石墨层间化合物可加工作为高导电材料、发热材料、密封材料、吸附材料、催化剂等，应用于食品、医药、电力、化工、冶金、机械甚至航空等领域。石墨插层反应以及石墨插层复合材料的研究无论对于发展新型插层反应、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之间的相互修饰关系，研究插层反应机制及其反应动力学都有着重要的意义。

石墨插层化合物在保留了石墨优异的理化特性的同时，又因碳原子平面层与插入物质间的相互作用而出现了一系列新的性能，如高电导性、触媒特性。储氢特性等。因而作为一种新型的纳米级复合材料，显示了广阔的应用前景。

1、高导电率材料石墨材料本身是一种半金属，空穴和载流子浓度相当，呈中性。在石墨插层化合物形成的过程中，插入物的插入使其载流子的浓度随施主型石墨层间化合物中的传导电子或受主型石墨层间化合物中的空穴的增加而增大，因此导电性能增强，甚至出现超导电性。影响gic电导率的主要因素是石墨原料、插入物种类、合成方法和阶结构等。一般石墨化程度高的原料，所得到的gic电导率也高；插入物种类不同，键合状态，结构不同，将会对电导率有很大影响。由五氯化物制备的石墨插层化合物，其室温电导率达108s/m，比金属铜还高，但是五氯化物的腐蚀性和毒性限制了它的生产和应用；过渡族金属氯化物（如cucl2,fecl3）合成gic后，其导电性接近铜，达到107s/m,稳定性高，可在空气中放置50天以上，电导率变化很小，热分解温度达300℃，有广泛的应用前景。

2. 研究内容和预期目标

以鳞片石墨为前驱体，在石墨碳层间插入无机物，如AlCl3 FeCl3 NiCl2 ZrCl4等，通过研磨、热处理，合成石墨插层化合物；进一步超声制备石墨烯材料。测定插层化合物以及石墨烯的电化学性能。

3. 研究的方法与步骤

常用的石墨插层化合物的制备方法主要有熔融法、溶剂热法、双室法。化学法、电化学法，此外还有固体加压法、爆炸法和光化学法等方法。

1、双室法双室法又称气相法、气相传输法，主要是在一定温度下利用插入物的蒸汽与石墨进行反应而制得。具体操作过程是将待插入物质和石墨分别装入耐热玻璃管两端，使插入物加热蒸发产生的蒸汽与石墨反应。实验中插入物质一侧的温度要高于石墨一侧的温度，以利于插入物质形成蒸汽，同时防止生成的层间化合物在温度过高时发生分解反应。由于碱金属及碱土金属在空气与水中的不稳定行，常用到此方法，此外，卤化物-gic的合成也常用此法。该法的优点是比较容易控制生成物的结构和阶数。但缺点是插入物只存在于石墨表面的一些碳原子层中，难以获得质量较高的样品；并且反应装置复杂，需要特别订制，难以进行大量的合成，且反应时间长，反应温度高，需在真空条件下操作。

2、溶剂热法将某些金属或金属盐溶于溶剂中与石墨反应,常用的溶剂有：液氨、socl2加有机溶剂(如苯)、萘加thf、dem(二甲氧基乙烷)等。该法能在常温下大量合成，但反应慢，阶结构难以控制，易生成三元石墨层间化合物，稳定性差。有文献已经报导了k、li在thf溶液中插层经过2300℃石墨化的焦炭，生成了三元化合物。

4. 参考文献

[1]t.e.weller,m.ellerby,s.s.saxena,etal.,superconductivityintheintercalatedgraphitecompoundsc6ybandc6ca.[j]naturephysics,2005

[2]superconductivityintheintercalatedgraphitecompoundsc6ybandc6ca

[3]陆栋,石墨插层化合物,2004

5. 计划与进度安排

2022.2.20-2022.3.1查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2022.3.2-2022.4.19将氯化物如alcl3、nicl2等插入鳞片石墨，合成gic插层化合物。

2022.4.20-2022.5.19对gic化合物进行电化学性能测试，并总结前期工作，完成中期答辩。