Способ получения соединений графита с хлоридом алюминия

Способ получения соединений графита с хлоридом алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА С Х110Р1ЩОМ АЛКЙШНИЯ, включающий обработку пластин графита хлоргщом алюминия, ртличающ ни с я тем, что, с целью увеличения электропроводности и повьппения устойчивости соединения графита с хлоридом алюминия к воздействию атмосферы, пластины графита обрабатывают раствором хлорида алюминия в расшшвленном иоде при концентрации хлорида алюминия 9-23 мас.%, 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что обработку хлоридом алюминия ведут при 130-160 С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК (51Н С 01 В 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,3

Ила., ., „1

"®ИмОщ.,, ГССУДАРСТНЕННЫЙ HOMHTET СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3677467/23-26 (22) 22.12,83 (46) 15.07.85. Бюл. Р 26 (72) К.H.Ñåìåèånêî, В.В.Авдеев, В.А.иуханов, С.Г.Ионов, H.Á,Áðàíäò, С.В.Кувшинников, В.И.Костиков, Н.H.Шинков, А.В.Харитонов и Г.Г.Сазонов (53) 661.666.2(088.8) (56) 1 N. Bartlet, Е.М.Mc.Carron, В.M.Megnlian, Synthetic Metals, 1,3, р. 221 (1979/1980) .

2. В.ВасЬ, А.R. Ubbelohde, Synthetic metals based on graphite-aluminium halides, Imperial College, London S.M, 7 А 325, р. 437, 1971.. (54) (5?) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА С ХИОРИДОМ АП!0ЙИНИЯ, включающий обработку пластин графита хлоридом алюминия, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения электропроводности и повьппения устойчивости соединения графита с хлоридом алюминия к воздействию атмосферы, пластины графита обрабатывают раствором хлорида алюминия в расплавленном иоде при концентрации хлорида алюииния 9-23 иас.X.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку хлоридом алюминия ведут при 130-160 С.

1167151

Изобретение относится к неоргани;

1 ческой химки, получению соединений графита с галогенидами элементов, а именно к получению соединений графита с хлоридом алюминия. 5

Известен способ получения соединений графита, обладающих высокой электропроводностью, с фторидами элементов, заключающийся в обработке порошка или пластин графита пентафторидом мышьяка (d 3,0 ° 10 Ом м ), пентафторидом сурьмы (б 1,25 ° 107 Ом "м ), торидами осмия и иридия (д„ 2, 1 ° 10 Ом м ) j1). . Электропроводность меди б 5,9«

«10 Ом м .

Недостатком указанного способа является использование дорогих высокотоксичных и черезвычайно химически активных фторидов. Использование в 20 синтезе фтора и фторидов не позволяет применять общедоступные стеклянные ампулы, требует тщательной изоляции от внешней среды и использования специального оборудования. При синте-2 зе может происходить образование ковалентных С-Г связей, сопровождающееся резким снижением электропроводности за счет рассеивания носителей тока на возникающих дефектах. При 30 хранении соединений графита с фторио дами при 20 С может постепенно происходить фторирование графитовых сеток. Кроме того, сами соединения графита крайне неустойчивы, а именно: состав их быстро меняется вследствие высокой летучести фторидов и их гидролиза.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае- 40 мым результатам является способ получения соединения графита с хлоридом алюминия путем помещения в стеклянную ампулу пластины графита весом около 30 мг„1 г хлорида алюми- 45 ния и нагревания ампулы при 70-80 С (в атмосфере хлора, при этом давление хлора в ампуле равно 0,43 10 Па), 5

Время синтеза в работе не указано, однако для получения соединения 50 графита с хлоридом галлия(аналогом хлорида алюминия) с составом С GaC1 > 5 авторам потребовалось 96 ч. В результате синтеза получали соединения графита с хлоридом алюминия первой у ступени с составом С А1С1 -, -толщиI нои заполненного слоя 9,5 А и электропроводностью 6,„-1,5-1,6 ° 10 Ом м (2j.

Однако указанное техническое решение имеет ряд недостатков: низкая электропроводность соединения графита с хлоридом алюминия, большое содержание внедренного вещества в графит, неустойчивость к воздействию атмосферы

Соединение графита с хлоридом алюминия 1 ступени при выдержке на воздухе в течение 15-60 мин гидролизуется и электропроводность уменьшается (.за 20 мин примерно в 22,5 раза, за 1 ч — в 3-5 раз). При этом происходит разбухание образца в направлении оси С и соединение

1 ступени переходит в смеcb соединений III-Ч ступеней.

Цель изобретения — увеличение электропроводности и повышение устойчивости к воздействию атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения соединений графита с хлоридом алюминия, включающему обработку пластин графита при 130-160 С раствором хлорида алюминия в расплавленном поде при концентрации хлорида алюминия

9-23 мас./ пластины графита обрабатывают раствором хлорида алюминия в расплавленном иоде при концентрации хлорида алюминия 9-23 мас., Кроме того, обработку хлоридом алюминия вео, дут при 130-160 С.

Сущность способа состоит в том, что в односекционную пирексевую ампулу объемом 20 см помещают пластину графита, сверху засыпают порошком специально приготовленной реакционной смеси из иода и хлорида алюминия, после чего ампулу присоединяют к вакуумной системе, охлаждают до -78 С сухим льдом, откачивают до давления

1,3 Па и отпаивают, затем ампулу помещают в печь и выдерживают при 140о

160 С в течение 3-7 сут.

Реакционную смесь из хлорида алюминия и иода готовят следующим образом.

В стеклянную ампулу помещают определенное количество А1С1 и J, например, для приготовления 23 -ного раствора брали 3 r А1С1 марки "х.ч." и 10 r иода марки "x.ч.", ампулу о охлаждают до -78 С сухим льдом, чтобы исключить потери Jz.при вакуумировании, вакуумируют до давления 1,3 IIa> отпаивают. После отпайки ампулу помещают в печь, выдерживают при 200 С в о

-4

Электропроводностьб, (Ом м ), соединения графита в образцах

Измерение

4,6" 10

4,9.10

4,5 10

4,1 ° 10

1,6.10

После синтеза

4,4 10 4,8 10 4,5 ° 10 4,1 ° 10 0 4 10 через 1 ч

Через 180 дней з 11 течение 1-1,5 ч, затем ампулу вынимают, охлаждают, вскрывают в сухой камере и содержимое измельчают в ступке.

При концентрации раствора хлорида алюминия в расплавленном иоде меньше

9% хлорид алюминия внедряется, но по. лученные при этом соединения графита имеют меньшую электропроводность, при большей 237-ной концентрации степень внедрения не изменяется и дальнейшее повьш ение концентрации

А1С1« нецелесообразно.

Хлорид алюминия сам по себе не внедряется в графит, внедрение идет только в присутствии сильных акцепторов электронов, в качестве которых используют хлор или бром. В предлагаемом способе впервые в качестве акцептора использовали иод, что обеспечивает повышение электропроводности и устойчивость новых соединений графита с хлоридом алюминия и иодом по отношению к внешним воздействиям.

Изобретение иллюстрируется примера ми. В работе используют графит марки

УПВ-1Т с углом разориентации кристаллитов около 1 и температурой отжига около 3000 С.

Пример l. В односекционную пирексевую ампулу объемом 20 см помещают пластину графита УПВ-1Т весом

400 мг, размерами 1,5"20 5,9 мм и сверху засыпают 5 г порошка реакционной смеси из иода и А1С1> с содержанием хлорида алюминия 237.. Затем ампулу подсоединяют к вакуумной системе, охлаждают ее до -78 С сухим льдом, о

Как видно из таблицы, значение электропроводности d =(4,5 + 0,4)«

«10 0М м B 2,7-3,1 раза выше, чем у прототипа. По сравнению с исходным графитом электропроводность соедине67151 4 откачивают вакуумным насосом до 1,3 Па и отпаивают. Ампулу помещают в печь с температурой 160 С и выдерживают о в течение 3 сут. После нагревания ее вынимают из печи, охлажцают до комнатной температуры и вскрывают в сухой камере. При этом образуется соединение графита седьмой ступени с периодом идентичности 29,77 3. и толt0 щиной заполненного слоя 9,67 А (по данным рентгено-фазового анализа).

Соединение представляет собой вещество черного цвета с характерным металлическим блеском, имеющее состав

15 С А1С1 1„, (содержание углерода 79,1, хлора 9,9,иода 8,4,алюминия 2,67).

Состав определяют следующим образом, Масса исходной пластины графита

20 известна, после окончания реакции внедрения определяют привес затеи в кварцевой ампуле при 1000 C из пластины отгоняют внедренное вещество .и титрованием в 0,1 M растворе тио25 сульфата натрия определяют массу иода. Массу хлорида алюминия определяют по разнице между массой образца полученного соединения графита и суммарной массой исходного графита и внедренного иода. Выход продукта по расчету на исходный графит около 987.

Из пластины полученного соедине. ния графита С AlCl ° 1, выРезают о

35 четыре Образца Раз (ерчми 4 0 1 5

«0,2 ммз для измерения электропроводности бесконтактным методом.

Данные измерений приведены в таблице, 2 3 4 Прототип ния С,„А1С1 1О> возросла . в 30 раз

После выдержки на воздухе в течение 180 дней значения электропроводности практически не изменились °

11671

Составитель В.Пискунов

Редактор A.Ôðîëîâà Техред Т.Фанта

Корректор И.Эрдейи

Заказ 4384/24 Тираж 462

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В интервале температур 4,2-300 K электропроводность полученного соединения изменяется от 18,2 ° 10 до

4,6 10 Ом м (т.е.. приблизительно

s 4 раза). 5

Пример 2. Аналогично примеру 1, но температура реакции внедрения 130 С. Реакция завершается за 7 сут, ппи этой. образуется соединение с составом С AlC1 1о, являю 10

6Ь щееся. сиесью соединений Ч и UI ступеней. ЭЛектропроводность этого соединения Да, *(2,5-3,0) ° 10 Ом м, т.е. в 1,7 раза меньше, чем у соединения

С А1СХ . 1о, кроме того, это соедио

I нение менее устойчиво к внешним воздействиям: при выдержке на воздухе ,в течение 60 дней Gq падает на 1015Х.

Пример 3. Аналогично приме- 20 ру 1, но состав реакционной смеси

17/ в расплаве иода. Синтез проводят

51 6 при 150 С в течение 6 сут. При этом получают соединение графита с составом < AICl . 1о1 (VII ступень с периодом идентичности 29,7) Х, толщина заполненного слоя 9,65 А).

Пример 4. Аналогично примеру.

1, но используют 91-ный раствор

А1С1> в расплавленном виде. Получают через 5 сут соединение графита с составом С А1С1 1 (седьмая ступень) электропроводность соединения

=(3,5-4,5)- 10 Ом м

Предлагаемый способ позволяет получить соединения графита с хлоридом алюминия, у которых электропроводность повышается по сравнению с известными в 2,7-3,1 раза. При этом соединения устойчивы на воздухе и практически не меняют значения элек-. тропроводности в течение длительного времени.