碳包覆納米金屬氧化物的制備和性能研究.pdf

1、碳包覆納米金屬氧化物是一種具有核―殼結(jié)構(gòu)的新型功能復(fù)合材料。包覆殼層為無定形碳結(jié)構(gòu)或多層石墨層結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為納米金屬氧化物顆粒。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)能夠阻止內(nèi)核金屬氧化物被水解，也阻止了內(nèi)核顆粒的長(zhǎng)大和團(tuán)聚。碳包覆納米金屬氧化物具有所有納米材料擁有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等效應(yīng)，并且碳包覆層的存在還賦予內(nèi)核金屬氧化物一些奇特的物理化學(xué)特性。這種材料在催化材料、生物醫(yī)學(xué)、磁記錄材料、電極材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，是研究納米

2、材料的新熱點(diǎn)。
　　本文首先綜述了碳包覆納米金屬氧化物的特性、應(yīng)用及制備方法，并對(duì)直流電弧等離子體制備納米粉體裝置進(jìn)行了有效的改進(jìn)，克服了老方法中的分散性差、樣品產(chǎn)量低、粒徑和形貌等參數(shù)無法調(diào)控等弊端。我們采用改進(jìn)的直流放電等離子體裝置制備出了碳包覆氧化亞鈷納米顆粒，并采用X射線衍射儀、透射電子顯微鏡和選區(qū)電子衍射對(duì)樣品的形態(tài)和形貌、晶體結(jié)構(gòu)和粒度等特征進(jìn)行表征。采用比表面積和孔隙分析儀對(duì)樣品的比表面積、孔徑和吸附脫附狀況進(jìn)行表征

3、。采用X射線能譜分析和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)樣品的化學(xué)組成以及磁學(xué)性能等進(jìn)行表征。
　　研究結(jié)果表明制備樣品納米顆粒多為球形或橢球形，具有明顯核-殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為氧化亞鈷納米顆粒，外殼多為石墨碳膜。樣品顆粒平均粒徑為65nm，粒徑分布在15～80nm范圍。樣品的比表面積為32.86m2/g，平均孔徑大小是13.5nm。樣品表面的吸附性能良好，表面孔洞以介孔為主并伴有少量微孔。樣品的剩磁和矯頑力近似為零，產(chǎn)物的剩磁比MR/MS=0.0005

4、，且磁滯回線經(jīng)過原點(diǎn)，說明室溫下的樣品具有和觀察結(jié)果一樣的超順磁性。
　　其次，采用等離子體法制備了碳包覆氧化鎳納米顆粒。利用XRD、TEM、EDS和VSM等測(cè)試手段，對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、粒度及化學(xué)組成、磁性能等特征進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明樣品多為方形顆粒，具有明顯核-殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為面心立方結(jié)構(gòu)的氧化鎳，外殼為無定形碳膜，殼層厚度約為8nm。樣品的平均粒徑為35nm，粒徑分布在15～45nm范圍。樣品顆粒的剩磁和矯頑力近似為