氟化石墨 | 11113-63-6

• 物质功能分类: 无机化工 - 石墨烯
• 分子结构分类: 有机化合物 - 有机卤素化合物 - 卤代烷
• 中文名称: 氟化石墨
• 中文别名: 碳氟的化合物；聚氟化碳
• 英文名称: Graphite fluoride
• 英文别名: methane;molecular fluorine
• CAS: 11113-63-6
• 化学式: CH4F2
• 分子量: 54.039
• InChiKey: QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  300°C (dec.)
• 稳定性/保质期：
  除浓碱和热浓硫酸外，不易被其他酸碱腐蚀。耐溶剂性和耐候性较好，表面具有疏水性。由于氟的引入，碳氟键能很大，在高温、高压及各种气体介质中难以被切断，使其在高温、高速、高负荷条件下性能优于石墨或二硫化钼，并改善了石墨在无水汽条件下的润滑性能。该物质无毒、不可燃、无腐蚀性且化学性质稳定，是一种很好的高能电极材料、绝缘材料、防水材料和润滑材料。

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  1.48
• 重原子数：
  3
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  1.0
• 拓扑面积：
  0
• 氢给体数：
  0
• 氢受体数：
  2

安全信息

• WGK Germany：
  3

制备方法与用途

概况

氟化石墨是当今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭/石墨材料研究热点之一，其性能卓越、品质独特，堪称功能材料家族中的一朵奇葩。

颜色

氟化石墨是一种从灰色到白色的无机高分子化合物粉末。许多学者认为，氟化石墨中的氟与碳的比例会随着反应条件的不同而在0.5～1.2之间变化，产品颜色也随之由灰白渐变为雪白。

合成工艺 直接合成工艺

石墨与气体氟在350～600℃的条件下，在反应器中加热合成。最早采用的方法是使用立式振动反应器或氟化器，设备能够自动控制加热温度、氟气和惰性气体的供给。

催化剂合成工艺

在石墨与氟的反应系统中加入微量金属氟化物（如LiF、MgF2、AlF3和CuF2）作为催化剂，可以在300℃以下完成合成。由于微量金属氟化物的存在，氟化石墨的性质发生变化，电导率提高一个数量级。要求石墨和氟气纯度均在99.4%以上，而催化剂纯度需大于98%，所用设备与直接合成法相同。

固体氟化物合成工艺

上述两种方法所使用的气体氟具有极强的腐蚀性，在高温下极易分解，并且对金属有侵蚀作用。因此可以采用固体氟化剂来代替气态氟，具体操作为石墨和固体氟在300～600℃条件下直接进行反应。这一过程可在特定设备中通过电解法实现。

其他合成方法

除了上述两种常见方法之外，还有一种较为少见的合成工艺：使用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接进行氟化反应而得；或者采用以石墨为阳极、氟氢酸为阴极的电解方法。

性质

1. 耐化学腐蚀性好。在室温下，耐化学腐蚀性优于聚四氟乙烯。
2. 热稳定性好，在高于500℃时才开始少量失重。
3. 润滑性能极佳，摩擦系数低（27～344℃内仅为0.10～0.13），是固体润滑剂中的一种。
4. 电绝缘性良好，(CF)n电阻率高于3×10^3Ω/cm。
5. 莫氏硬度为1.0～2.0。
6. 粒度分布广泛，从1μm以下到数个毫米以上。

应用

1. 固体润滑剂：氟化石墨层间的结合能极小（8.4kJ/mol），摩擦系数低于黄油的摩擦系数，是一种优秀的固体润滑材料。
2. 电池活性物质：氟化石墨制成的电池具有较高的电压（公称电压为3V）、高能量密度、优良的贮藏性能及广泛的使用温度范围。
3. 防黏结剂：在胶合板制造过程中涂布氟化石墨可防止黏结剂粘附，延长洁净处理周期。
4. 润滑功能：少量的氟化石墨可以防止液体渗透到多孔材料中。电镀金属时，其表面不会发生物质沉积，并且只对非水系进行电解。

物理性质

• 外观：灰白色粉末
• 厚度：<10nm
• 片径：0.5-10μm
• 氟含量：50-60wt%

用途

氟化石墨广泛应用于高温固体润滑剂、高能锂电池的阴极材料及新型电导材料等。

生产方法 直接合成工艺

石墨与气体氟在350～600℃条件下直接进行氟化反应而得。或者采用以石墨为阳极，氟氢酸为阴极的电解方法。