電弧放電法制備新型碳-鐵納米復(fù)合材料以及碳-氮納米材料.pdf

1、本文采用直流電弧放電法,分別制備了碳-鐵納米復(fù)合材料以及碳-氮納米材料,其中碳-鐵納米復(fù)合材料包括碳包覆鐵納米顆粒(CEINPs)和鐵納米顆粒/石墨烯納米復(fù)合材料(Fe/GNCs)。使用TEM、HRTEM、SEM、EDX、XRD、Raman光譜、XPS和TG-DSC等對(duì)電弧放電產(chǎn)物進(jìn)行表征,考察了原料配比和陽(yáng)極棒制備方法對(duì)制備CEINPs和Fe/GNCs的影響;還考察了原料配比、放電室抽洗、過(guò)渡金屬催化劑使用、不銹鋼片熔化和陽(yáng)極棒制備方

2、法對(duì)碳-氮納米材料形貌和N含量的影響;初步探討了CEINPs和Fe/GNCs的生成機(jī)理。
　　以質(zhì)量比為9:1的Fe2O3與石墨的混合物為原料,分別采用填充與壓制法制備陽(yáng)極棒。使用模具Ⅰ壓制的陽(yáng)極棒進(jìn)行電弧放電,成功地制備了具有高鐵含量(82.6％)的、近似球形的、且具有典型的核-殼結(jié)構(gòu)的CEINPs,收率達(dá)到了約22.3wt.%;內(nèi)核主要由含量相近的a-Fe和Fe3C組成;內(nèi)核的粒徑分布在3-37nm,平均粒徑約為20.6nm;

3、外殼則由3-7層石墨層結(jié)構(gòu)組成,層間距約為0.348nm;主要由CEINPs組成的產(chǎn)物具有鐵磁性行為。同次實(shí)驗(yàn)得到的C內(nèi)芯中以層間夾雜高鐵含量球形顆粒的多層石墨烯為主。
　　使用模具Ⅱ壓制的陽(yáng)極棒進(jìn)行電弧放電,得到的C內(nèi)芯中以Fe/GNCs為主,即在石墨烯片中分布著粒徑約為3-6nm的鐵納米顆粒;但是在石墨烯片之間分布著粒徑為0.1-2.2mm的高鐵含量的球形顆粒;該C內(nèi)芯產(chǎn)物在室溫條件下具有超順磁性。
　　使用填充陽(yáng)極棒進(jìn)

4、行電弧放電,產(chǎn)物B主要是分布在碳材料上的鐵物種顆粒,碳材料具有不完整、無(wú)序的層狀結(jié)構(gòu);產(chǎn)物C內(nèi)芯中也是以多層石墨烯為主。
　　分別以6組不同的實(shí)驗(yàn)條件制備碳-氮納米材料,重點(diǎn)考察了產(chǎn)物B和C內(nèi)芯。前者均以顆粒和片狀物為主,后者均以片狀物為主。兩者均以碳物種為主,N含量很低,尤其是后者。N含量隨著顆粒直徑的增加而增加(在一定尺寸范圍內(nèi));原料中高氮化合物含量的提高以及不銹鋼片熔化均有利于提高產(chǎn)物中的N含量;使用過(guò)渡金屬催化劑對(duì)產(chǎn)物中