電弧放電法制備碳包覆鐵納米顆粒以及氮和鐵摻雜石墨烯.pdf

1、本文以一定質(zhì)量比的Fe2O3與石墨的混合物為原料，采用壓制法制備陽極棒；采用直流電弧放電法制備了碳包覆鐵納米顆粒（CEINPs）以及氮和鐵元素摻雜的石墨烯。使用SEM、TEM、HRTEM、EDX、XRD、XPS、TG-DSC和PPMS等對電弧放電產(chǎn)物進行表征，考察了氬氣進氣溫度、放電室氣氛、陽極棒直徑和陽極棒制備方法等對電弧放電產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及收率等的影響，簡單地探討了CEINPs的生成機理。
　　當(dāng)氬氣進氣溫度為室溫時，成功地

2、制備了具有復(fù)合殼層和較好的核-殼結(jié)構(gòu)的CEINPs；殼層主要由最里面的非石墨層、中間的不完整的石墨層和最外面的無定形碳結(jié)構(gòu)組成，包含了碳、鐵、氧三種元素；殼層厚度主要分布在1.7-7.9 nm；CEINPs的平均直徑為17.4 nm；產(chǎn)物B1在空氣中的穩(wěn)定溫度達到了260 ℃，F(xiàn)e元素的總含量為79.5 wt.％；其飽和磁化強度（Ms）和矯頑力（Hc）值分別為109.3 emu/g和167 Oe。當(dāng)氬氣進氣溫度為800 ℃時，成功地制備

3、了具有非常薄的殼層和好的核-殼結(jié)構(gòu)的CEINPs；碳殼層的厚度分布在0.5-5.3 nm，即殼層可以薄至僅有兩層石墨層，CEINPs的平均直徑為24.7 nm；產(chǎn)物B2在空氣中的穩(wěn)定溫度為245 ℃，F(xiàn)e元素的總含量為77.0 wt.%；其Ms和Hc分別為107.4 emu/g和143 Oe。陽極棒各組分分布的均勻性、鐵含量、鐵元素的微電場和微磁場作用、放電室氣氛和進氣溫度、電弧放電區(qū)域與冷卻銅管內(nèi)壁之間的溫度和濃度梯度等因素均對CEI

4、NPs的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和尺寸有著重要影響。
　　氬氣和氮氣兩種不同的電弧放電氣氛對產(chǎn)物B中的CEINPs的殼層厚度、尺寸以及磁性質(zhì)均有著顯著的影響，對元素組成及熱力學(xué)穩(wěn)定性也有一定的影響。陽極棒直徑的大小對產(chǎn)物B中的顆粒狀產(chǎn)物的含量有一定的影響。
　　陽極棒制備方法（或陽極棒整體組成的均勻性）對產(chǎn)物 B中的納米顆粒的殼層的微觀結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物 C的收率均有著顯著的影響，即壓制陽極棒（整體組成均勻的陽極棒）更有利于生成具有較好的石墨