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发布时间:2021-12-20 10:02:42

FOCC与川大合作发表《AM》:氟化石墨烯的衍生化学与结构调控

 

 

近日,四川大学高分子科学与工程学院刘向阳教授王旭副教授团队与天津大学封伟教授团队合作在材料学科期刊《Advanced Materials》上发表了题《Recent Advances in Fluorinated Graphene from Synthesis to Applications: Critical Review on Functional Chemistry and Structure Engineering》(doi.org/10.1002/adma.202101665)的综述论文。论文的第一作者为四川大学博士研究生陈新宇樊坤,通讯作者为刘向阳教授封伟教授王旭副教授

氟化石墨烯 (fluorinated graphene, FG)是一种由石墨烯中碳原子与氟原子共价键结合而形成的一类新型二维材料。因为氟原子独特的物理化学性质和 C-F 键高的结合能(530KJ/mol),FG具备远高于其它石墨烯衍生物热稳定性(大于 400℃)、高的介电强度(约 10MV/cm)、高的官能化程度、宽能隙和良好的可分散性等性质,因此可以更好地满足电子器件高可靠性和小型化的未来发展要求,并且可以应用于制备功能性聚合物复合材料。同时,近年来发现FG可衍生高密度的接枝改性,而且具有广阔的表面分子结构可设计性,进而作为衍生反应的基底材料可赋予二维材料更为多样的功能。从而FG在多个方面展现出了十分优异的发展前景。
因此,基于本团队已有的研究成果,结合FG近年来已报道的主要研究成果,本文对FG的最新研究进展较为全面综述,具体主要聚焦以下三个方面:1)FG的合成方法、性质及应用,主要针对近5年以来的新成果;2)FG的功能衍生化学反应和反应机理以及相应的应用拓展;3)FG的精细结构工程,具体包括氟类型、氟分布、相区、自由基密度、层间结构的控制等。同时,本文对该领域所存在的问题和未来挑战提出了自己的理解和展望,比如:① 高质量FG和高热稳定性FG材料的制备;② FG的2D化学反应特征以及相关衍生反应的应用研究;③ FG材料结构与性能的原位表征技术;④ FG基一次性电池的高性能化以及基于FG的高能量/功率密度二次电池研发;⑤ FG基高性能复合材料的制备;⑥ FG脱氟行为研究;⑦ FG本征物理特性的进一步挖掘与利用等。
另外,近年来四川大学和天津大学在氟化碳材料(氟化石墨烯、氟化碳纳米等)的制备与应用开展了比较系统性的研究工作,并取得一系列研究成果(Adv. Mater. 2021, 2101665; Nano Energy, 2021,106605; Carbon, 2020, 167, 826-834; Carbon, 2020, 165; 386-394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 40662-40672; Adv. Mater. Interfaces, 2020, 2000915; Chem. Sci., 2019, 10, 5546-5555; Adv. Funct. Mater. 2018, 1800791; Chem. Eng. J, 2018, 354, 261–268; Chem Comm. 2018, 54(72): 10168-10171; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(34): 28828-28838; Adv. Sci. 2016, 2016, 1500413; J Mater. Chem. A, 2015, 3, 23095-23105。ZL 201310344170.7;ZL 201310745175.0;ZL 201611102186.7;ZL 201810734510.X;ZL 2018100102893)。相关研究成果为氟化纳米新材料的研究与应用奠定了良好的研究基础。相关工作得到了多项国家自然科学基金的资助(51803129, 51633004, 51573105)。