碳包覆納米Fe中空顆粒的制備及結構研究.pdf

1、碳包覆金屬中空納米顆粒材料(Carbon-encapsulated metal hollownanoparticles,CEMHNs)是一種具有中空結構的新型納米碳／金屬復合材料,金屬中空納米顆粒被數(shù)層石墨片層有序地緊密圍繞,形成殼層結構。由于碳包覆層結構的存在,解決了內部的納米粒子受環(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介質,在高壓聚合釜中采用共熱解法,基于Kir

2、kendall效應合成碳包覆納米Fe中空材料,通過對反應時間的控制,得到前驅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構顆粒,改變反應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中間產物的形貌、結構和組成成分進行測試表征,研究中空結構和中間產物的生成機理。研究結果表明,以間苯二酚和二茂鐵為原料,甲基硅油提供液相反應環(huán)境,采用共熱解法大量合成碳包

3、覆Fe中空結構納米顆粒,其粒徑分布在20-60納米之間,中空結構明顯,中空顆粒的殼層為碳／鐵復合材料。通過控制原位還原反應時間,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構顆粒,Fe3O4@C粒徑大小為30-60納米,包覆碳層有序化排列程度低,核-殼結構之間沒有明顯的界面。中空結構的生成是基于Kirkendall效應兩相擴散原理,最開始生成的沒有進行原位保溫還原碳包覆Fe3O4顆粒的碳殼層和核心部分之間沒有間隙,還原產

4、物單質Fe具有與Fe3O4不同的擴散速率,不等量擴散導致空位的生成,空位的積累形成空隙,當Fe3O4被全部還原后,中空結構生成。液相硅油介質的作用主要體現(xiàn)在:一,硅油黏度較高,防止原料在反應前期階段聚集,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,液相反應介質使原料均勻受熱,防止原料因受熱不均造成的各階段產物形貌存在差異。
　　 通過改變原料和溫度,以二茂鐵為原料,液相硅油介質中480℃保溫4個小時熱解反應成功制備出碳

5、包覆Fe3Si納米顆粒材料,包覆碳層有序化排列程度低,核-殼結構之間沒有明顯的界面,Fe3Si催化無定型碳向石墨化碳轉變的性能較差。HCl處理證明,納米結構Fe3Si仍具有抗強酸腐蝕性能。
　　 通過保持體系內壓力恒定,以二茂鐵和間苯二酚為原料,液相硅油介質中420℃熱解反應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構和組成成分進行了表征分析,通過與相同溫度、原料和液相環(huán)境下生成碳包覆Fe3O4納米