《石墨层间化合物》.ppt

第三章 石墨层间化合物
石墨具有层间结构，层面内碳原子以SP2杂化轨道电子形成
共价键，同时各个碳原子又与2pZ轨道电子形成金属键，形
牢固的六角网状平面炭层，碳原子间的键合能为345KJ／mol，
；而在层与层之，通过调节电位、电量去控制产物的阶结构，适于研究插层反应热力学。
该法合成设备简单，合成量大，且产物结构稳定。在石墨层间化合物合成上，该法不足之处是合成产物的稳定性要比其他方法差，而且在水溶液中高电流下有副反应发生而很难得到一阶化合物。
目前，利用电化学法，以FeCl3—HCl，ZnCl2为电解质，已成功合成了FeCl3一GIC、ZnCl2—GIC，并在KBr的水溶液中，将溴插入到石墨中，结果石墨质量增加了10％，电阻率下降了30%
三、电化学法
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将某些金属或金属盐溶于非水溶剂中与石墨反应，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。
K、Li在溶液中插层经过2300℃石墨化的焦炭，生成了三
元化合物；Na插层经过l700℃石墨化的焦炭，生成三元化
合物，溶剂分子共插层与溶剂分子大小有关。
四、 溶剂法
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直接将石墨与反应物混合，用单热源加热反应而制得石墨层
间化合物。
该法反应速度快，反应系统和过程简单易操作，适于大量合
成。但如何除去反应后附在石墨层间化合物上的反应物，以及获
得阶结构与组成一致的石墨层间化合物是一个值得探索的方面。
用几种插入物混合加热插入石墨形成石墨层间化合物，其原
理就是利用了几种物质混合后共熔点降低，降低了石墨层问化合
物的生成反应温度。
五、熔融法
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如反应中以FeCl3和A1C13为插层剂，在低温200℃时，首先进
入石墨层间的是A1C13，当A1C13反应到一定程度后，随着反
应温度的升高，A1C13与FeC13发生交换反应，层间A1C13的
含量逐渐减少，而FeCl3的含量逐渐增多，而且在此过程中生
成了FeAlCl6的中间产物。
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将碱土金属和稀土金属等粉末与石墨基体混合后在加压条件
下反应生成M—GIC。采用加压法将锂插入石墨，开辟了一条合
成MGIC的新方法。通过加压法首次将稀土金属Sm、Eu、Tm和
Yb插入石墨层间，开创了稀土石墨层间化合物的合成新途径。
但采用加压法合成M—GICs存在一个问题，即只有当金属的蒸
汽压超过某一阀值时，插入反应才能进行；然而，温度过高，
易引起金属与石墨生成碳化物，发生负反应，所以反应温度
必须调控在一定范围内
六 加压法
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除了上述方法外，还有人用爆炸法成功地合
成了Na—GIC，主要是利用了金刚石合成技术。
此外，采用光化学法，即用紫外光照射反应物，也
可以促进氯化物GIC3的形成，目前反应机理还不
清楚，但可以提供一种新的合成路径。
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上述几种合成方法各有优缺点，应当根据制备要求选择相应的方法。目前在研究插层机理方面，电化学法是首选，通过控制电极电压、电流的大小可以控制阶结构。电极电压过高或过低都不利于插层反应的进行，只有在一定的电压范围内，才能保证反应的发生，此时电压越大，产物阶数越小。在制各膨胀石墨方面，液相法由于适于大量制各产物、控制成分、反应速度快等优点，在实际应用中最广泛。
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第三节 石墨层间化合物的应用
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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。×l06S／m，沿c轴方向的电导率要小得多。在石墨层间化合物形成的过程中，插入物的插入使其载流于的浓度随施主型石墨层间化合物中的传导电于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。
由五氟化物制备的石墨层间化合物，其室温电导率达l08S／m，比金属铜还高。
高导电率材料
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电池材料
利用石墨层间化合物的插入和分解反应的特点，已经成功地
制成了各种一次和二次电池，特别是二次锂离子电池的成功
开发，已大量地用于市场，二次锂离子电池具有高能量密度、
高工作电压()、循环性好、无记忆性、安全及无污染等特
点，主要用于便携式电子产品，如笔记本和手提电话，目前
正在向动力电源方向迈向，如电动车等。
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密封材料
以硫酸、硝酸和鳞片石墨反应合成的可膨胀石墨，经过高温膨胀后体积剧烈膨胀，含有许多大孔结构，再经过机械加压成型可制成柔性石墨，具有耐高温、耐腐蚀、自润滑特性，而且由于经过自啮合成型，还具有高压缩回弹性和低应力松弛率等性能，有“密封王”的美称。
这