第三章石墨层间化合物

石墨层间化合物在压强下的稳定性邓子泠;熊小敏【摘要】我们探究了一阶氯化铁石墨层间化合物(FeCl3-GICs)在单轴压力下的稳定性.通过分析一阶氯化铁石墨层间化合物在不同压强下X射线图谱的变化,我们发现在单向压强低于528 MPa时,FeCl3-GIC会保持稳定状态.然而当进一步增大压强后,FeCl3-GIC将变得不稳定和脱插,在更大的单轴压强下甚至可以使一阶FeCl3-GIC改变到更高阶的石墨层间化合物,我们认为氯化铁石墨层间化合物在单轴压力下的脱插是在键的断裂和线缺陷的协助下完成的.%Tthe stability of pure stage-1 FeCl3-graphite intercalation compounds ( FeCl3-GICs ) under uniaxial pressure was reported by examining the changes of the X-ray diffraction patterns. It was found that FeCl3-GIC remained stable when exposed to a uniaxial pressure below 528 MPa. However, they became unstable and deintercalate under a higher uniaxial pressure, and can even change into other stages. Furthermore, the mechanism of this deintercalation was considered to be bond fractures and line defects.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(043)009【总页数】3页(P3-4,30)【关键词】纳米结构;磁性材料;X射线衍射【作者】邓子泠;熊小敏【作者单位】中山大学物理科学与工程技术学院, 广东广州 510275;光电材料与技术国家重点实验室, 广东广州 510275【正文语种】中文【中图分类】O469石墨层间化合物化合物是近年来的热门新材料，它是由客体原子通过插层反应进入石墨层间形成[1]。

第三章《晶体结构与性质》单元测试卷一、单选题(共15小题)1.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。

比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写成C x K，其平面图形如图所示。

x的值为()A． 8B． 12C． 24D． 602.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是（）A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBrC．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2D．硬度：MgO＞CaO＞BaO3.下列说法不正确的是( )A．离子晶体不一定都含有金属元素B．离子晶体中除含离子键外，还可能含有其他化学键C．金属元素与非金属元素构成的晶体不一定是离子晶体D．熔化后能导电的晶体一定是离子晶体4.现有如下各种说法：①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合①金属和非金属化合形成离子键①离子键是阳离子、阴离子的相互吸引①根据电离方程式HCl===H＋＋Cl－，判断HCl分子里存在离子键①H2和Cl2的反应过程是H2、Cl2里共价键发生断裂生成H、Cl，而后H、Cl形成离子键的过程则对各种说法的判断正确的是()A． ①①①正确B．都不正确C． ①正确，其他不正确D．仅①不正确5.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，下图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是()A． 10个B． 18个C． 24个D． 14个6.下列不属于晶体的特点的是（）A．一定有固定的几何外形B．一定有各向异性C．一定有固定的熔点D．一定是无色透明的固体7.有一种蓝色晶体[可表示为：MFe y(CN)6]，经研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。

其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。

下列说法错误的是()A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6B．该晶体熔融可导电，且属于化学变化C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－有6个8.下列途径不能得到晶体的是()A．熔融态SiO2快速冷却B．熔融态SiO2热液缓慢冷却C． FeCl3蒸气冷凝D． CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却9.已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A． 14、6B． 14、8C． 4、8D． 4、1210.下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是()A．金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B．金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6C．六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D．金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同11.如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是( )A．此堆积方式属于非最密堆积B．此堆积方式为A1型C．配位数(一个金属离子周围紧邻的金属离子的数目)为8D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同12.短周期非金属元素X和Y能形成XY2型化合物，下列有关XY2的判断不正确的是() A． XY2一定是分子晶体B． XY2的电子式可能是:: :X: ::C． XY2水溶液不可能呈碱性D． X可能是①A，①A或①A族元素。

三元石墨插层化合物三元石墨插层化合物是一种新型的材料，其结构由石墨烯和其他两种原子或分子组成。

这些三元化合物在电子学、储能技术和催化领域等方面具有广泛的应用潜力。

下面将详细介绍三元石墨插层化合物的定义、特点、制备方法、应用以及未来发展趋势。

定义：三元石墨插层化合物是指由石墨烯和其他两种原子或分子组成的化合物。

石墨烯是由碳原子形成的二维晶体结构，具有优异的导电性和机械性能。

通过将其他原子或分子插入石墨烯层之间的空隙，可以调控材料的性质和功能。

特点：三元石墨插层化合物具有以下几个特点：1.独特的结构：三元石墨插层化合物的结构独特，由于不同原子或分子的插入，可以形成不同的层间距离和相互作用，从而调控材料的性质。

2.多样的性能：由于石墨烯层的存在，三元石墨插层化合物具有优异的导电性、高比表面积和良好的机械性能。

同时，通过插入其他原子或分子，还可以调控材料的光学、电化学和催化性能。

3.可控的制备：制备三元石墨插层化合物的方法多样，可以通过化学合成、气相沉积和机械剥离等方法进行制备，从而实现对材料结构和性质的可控调节。

制备方法：制备三元石墨插层化合物的方法主要包括以下几种：1.化学合成法：通过化学反应将不同原子或分子与石墨烯进行反应，形成插层结构。

例如，可以利用化学还原法将金属离子还原到石墨烯层间。

2.气相沉积法：在合适的气氛条件下，利用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，在石墨烯上沉积其他原子或分子。

3.机械剥离法：通过机械剥离的方法，将不同原子或分子层与石墨烯层分离，形成插层结构。

应用：三元石墨插层化合物具有广泛的应用潜力，在以下领域具有重要的应用价值：1.电子学：由于三元石墨插层化合物具有优异的导电性能和可调控的带隙结构，可以应用于柔性电子器件、场效应晶体管和光电探测器等领域。

2.储能技术：三元石墨插层化合物可以作为锂离子电池和超级电容器等储能设备的电极材料。

其高比表面积和优异的电导率使得储能装置具有更高的能量密度和更快的充放电速度。

2023年高考化学真题 ——物质结构与性质 元素推断1．（2023·山东卷）下列分子属于极性分子的是 A ．2CS B ．3NF C ．3SO D ．4SiF【答案】B【详解】A ．CS 2中C 上的孤电子对数为12×(4-2×2)=0，σ键电子对数为2，价层电子对数为2，CS 2的空间构型为直线形，分子中正负电中心重合，CS 2属于非极性分子，A 项不符合题意；B ．NF 3中N 上的孤电子对数为12×(5-3×1)=1，σ键电子对数为3，价层电子对数为4，NF 3的空间构型为三角锥形，分子中正负电中心不重合，NF 3属于极性分子，B 项符合题意；C ．SO 3中S 上的孤电子对数为12×(6-3×2)=0，σ键电子对数为3，价层电子对数为3，SO 3的空间构型为平面正三角形，分子中正负电中心重合，SO 3属于非极性分子，C 项不符合题意；D ．SiF 4中Si 上的孤电子对数为12×(4-4×1)=0，σ键电子对数为4，价层电子对数为4，SiF 4的空间构型为正四面体形，分子中正负电中心重合，SiF 4属于非极性分子，D 项不符合题意； 答案选B 。

2．（2023·北京卷）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。

下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键B．三种物质中的碳原子都是3sp杂化C．三种物质的晶体类型相同D．三种物质均能导电【答案】A【详解】A．原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，A项正确；B．金刚石中所有碳原子均采用3sp杂化，石墨中所有碳原子均采用2sp杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用2sp杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，B项错误；C．金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合晶体，C项错误；D．金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D项错误；故选A。

《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。

本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。

通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。

为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。

2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。

3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。

了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。

具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。

（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。

根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。

1、性质：氟化石墨是碳和氟直接反应而制得的一种石墨层间化合物。

其化学结构式可用（Cfx）n来表示。

其中X为不定值，大小为0＜X＜1.25。

氟化石墨的性质随分子式中碳和氟的比值不同而不同。

CF（1-1.25）称为高氟化度石墨CF（0.5-0.99）被称之为低氟化度石墨颜色随着氟含量的增加，由灰黑色变为雪白色，高氟化度石墨具有优良的热稳定性，是电和热的绝缘体，不受强酸和强碱的腐蚀，润滑性能超过MoS2和鳞片石墨，试验证明，在任意温度下，其磨损寿命优于MoS2作为润滑腊的添加剂，能显著提高部件的支承负荷和降低润滑部件的表面温度。

低氟化度氟化石墨外观为灰黑色热稳定性较差，一般不作润滑剂使用氟化石墨具有较大的润湿接触角和、及较低的表面能，其接触角如表5-64所示。

表5-64 氟化石墨在30℃以下的接触角表（度）试样名称 NaOH30% NaO17% 水甘油甲醇胺 14烷醇121 116。

117 100 96 ---- -- 102 102 95 --146 139 143 151 126 103-- -- 141 145 129 --108 96 96 77 75 52氟化石墨仍保持层状构造，但和原来晶体比较，其层间分子间力弱得多。

由于氟原子的插入和层间相对滑动而使基面叠层发生变化，出现AAA构造，它可以看作是共价键的氟插入石墨层间而形成的石墨层间化合物。

故具有一般氟化物所不同的物理化学性质。

从表5-6所可知，氟化石墨具有亲水亲油性，其独特之处是低面能和高润滑性，是一种新型的功能材料。

2、用途：关于氟化石墨的研究历时已久，早在1914年RUH等通过控制爆炸和燃烧反应合成了灰色的氟化石墨-CF0.29，到了四十年代Ruidorff通过严密控制反应温度合成CF0.67~0.985氟化石墨，1948年美国人potim等在420~4500C条件下合成了（CF1.04）n高氟化度石墨。

但早期的研究停留在合成产物的射线分析上，至于其他物化性质及开发利用研究还是近期的事，特别是近年美国NASA报导了氟化石墨优异的润滑性能的研究成果以及氟化石墨作为高能电池活性能的研究结果以及氟化石墨作为高能电池活性物质重要材料引起了国内外研究工作者的注意，使得以其为中心的研究十分活跃，氟化石墨成为一研究热点，被认为是一种很有希望石墨间化合物。

本科生课程大纲课程属性：专业知识，课程性质：选修一、课程介绍1.课程描述：本课程主要介绍新型碳材料的基本知识及其制备合成技术，主要内容包括：碳的发展和无定形碳的存在，碳的结构和性能（主要介绍晶体碳）、石墨层间化合物及纳米碳材料（富勒烯、碳纳米管、石墨烯）的发现、概念、结构、表征、性能、制备及制备原理、改性、应用等方面。

通过学习该课程，使学生对自然界存在的、日常生活中常用的、不断发现发展的各种碳材料的基础知识有一个整体理解和清楚把握。

2.设计思路：课程内容主要包括三个模块：无定形碳材料、晶体碳材料及纳米碳材料。

第一章，讲解碳的起源和发展史，以及碳的存在形态，主要介绍其中无定形碳，包括煤炭、焦炭碳纤维、炭黑玻璃碳活性炭等，这些都是传统碳材料；第二章，讲解碳的结构、转化和性能。

其中，结构包括价键结构和晶体结构，从学生已有基础的碳的杂化方式讲起，分别对应不同的晶体，接下来讲解碳的晶体结构时分别介绍三种杂化方式所对应的金刚石、石墨、炔碳。

此也属于传统碳材料。

之后讲解碳的转化，即无定形碳到晶体碳的转化，这是后期学习各种碳纳米材料制备的基础。

而碳的杂化也是后期学习碳纳米材料结构的基础。

最后讲解碳材料的性能。

第三章，石墨层间化合物，其为石墨基础上插入纳米级插层剂形成，作为一个过- 1 -渡章，石墨层间化合物属新型碳材料。

第四、五、六章均为新型碳纳米材料，分别介绍富勒烯、碳纳米管、石墨烯。

此三章内容较多，主要介绍各种新型碳纳米材料的发现、概念、结构、表征、性能、制备及制备原理、改性、应用等。

此三章尤其需要逐年结合当前最新的研究进展不断更新完善。

3. 课程与其他课程的关系：先修课程：无机化学、有机化学等，在碳的价键结构部分涉及到无机化学相关知识为储备，而各种碳材料的制备涉及到有机化学的许多反应。

二、课程目标到课程结束时，学生应能使学生对自然界存在的、日常生活中常用的、不断发现发展的各种碳材料的基础知识有一个整体理解和清楚把握。