碳包覆納米Fe中空顆粒的制備及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、碳包覆金屬中空納米顆粒材料(Carbon-encapsulated metal hollownanoparticles,CEMHNs)是一種具有中空結(jié)構(gòu)的新型納米碳／金屬復(fù)合材料,金屬中空納米顆粒被數(shù)層石墨片層有序地緊密圍繞,形成殼層結(jié)構(gòu)。由于碳包覆層結(jié)構(gòu)的存在,解決了內(nèi)部的納米粒子受環(huán)境影響而不能穩(wěn)定存在的問題。
　　 本論文主要以間苯二酚為碳源,二茂鐵為金屬源,甲基硅油作為液相反應(yīng)介質(zhì),在高壓聚合釜中采用共熱解法,基于Kir

2、kendall效應(yīng)合成碳包覆納米Fe中空材料,通過對反應(yīng)時(shí)間的控制,得到前驅(qū)體碳包覆金屬氧化物和殼層與核心部分有空隙的半中空結(jié)構(gòu)顆粒,改變反應(yīng)過程中的原料種類和工藝參數(shù),還成功制備出了碳包覆硅化鐵和碳納米管；利用TEM,HREM,SEM,XRD和EDX對上述納米材料和反應(yīng)中間產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)和組成成分進(jìn)行測試表征,研究中空結(jié)構(gòu)和中間產(chǎn)物的生成機(jī)理。研究結(jié)果表明,以間苯二酚和二茂鐵為原料,甲基硅油提供液相反應(yīng)環(huán)境,采用共熱解法大量合成碳包

3、覆Fe中空結(jié)構(gòu)納米顆粒,其粒徑分布在20-60納米之間,中空結(jié)構(gòu)明顯,中空顆粒的殼層為碳／鐵復(fù)合材料。通過控制原位還原反應(yīng)時(shí)間,得到碳包覆Fe3O4納米顆粒和殼層與核心部分有空隙的半中空結(jié)構(gòu)顆粒,Fe3O4@C粒徑大小為30-60納米,包覆碳層有序化排列程度低,核-殼結(jié)構(gòu)之間沒有明顯的界面。中空結(jié)構(gòu)的生成是基于Kirkendall效應(yīng)兩相擴(kuò)散原理,最開始生成的沒有進(jìn)行原位保溫還原碳包覆Fe3O4顆粒的碳?xì)雍秃诵牟糠种g沒有間隙,還原產(chǎn)

4、物單質(zhì)Fe具有與Fe3O4不同的擴(kuò)散速率,不等量擴(kuò)散導(dǎo)致空位的生成,空位的積累形成空隙,當(dāng)Fe3O4被全部還原后,中空結(jié)構(gòu)生成。液相硅油介質(zhì)的作用主要體現(xiàn)在:一,硅油黏度較高,防止原料在反應(yīng)前期階段聚集,避免原料因局部受熱造成的顆粒大小和粒徑分布不均一；二,液相反應(yīng)介質(zhì)使原料均勻受熱,防止原料因受熱不均造成的各階段產(chǎn)物形貌存在差異。
　　 通過改變原料和溫度,以二茂鐵為原料,液相硅油介質(zhì)中480℃保溫4個(gè)小時(shí)熱解反應(yīng)成功制備出碳

5、包覆Fe3Si納米顆粒材料,包覆碳層有序化排列程度低,核-殼結(jié)構(gòu)之間沒有明顯的界面,Fe3Si催化無定型碳向石墨化碳轉(zhuǎn)變的性能較差。HCl處理證明,納米結(jié)構(gòu)Fe3Si仍具有抗強(qiáng)酸腐蝕性能。
　　 通過保持體系內(nèi)壓力恒定,以二茂鐵和間苯二酚為原料,液相硅油介質(zhì)中420℃熱解反應(yīng)成功制備出不同形貌的多壁碳納米管,分別對長度不同多壁碳納米管的微觀形貌結(jié)構(gòu)和組成成分進(jìn)行了表征分析,通過與相同溫度、原料和液相環(huán)境下生成碳包覆Fe3O4納米