CN1931717A - 粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，该方法采用不同类型的孔径均匀的沸石作为模板，加入催化剂，用化学气相沉积法以廉价的惰性气体和氮气作载气，通过有效控制反应温度、时间、气体流量等工艺参数，宏量地制备了粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料。本发明具有工艺方法简单快速，生成的洋葱状富勒烯纯度高，无杂质，性能稳定等优点，为洋葱状富勒烯的应用提供了更大的潜能，在材料领域显示出更大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种洋葱状富勒烯的制备方法，特别是一种粒径均匀的内包金属的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法。
背景技术
洋葱状富勒烯复合材料是一种具有特殊“壳—核”结构的新型碳纳米复合材料，在能源、催化、信息存储和医药科学等领域显示出了巨大的潜在应用价值，现行的电弧法、化学气相沉积法、离子束照射法和碳离子注入法通过不同方式引进催化剂均能制得内包金属(Fe、Co、Ni、Al、Cu等)颗粒的洋葱状富勒烯复合材料，但其粒径大小不均匀，收率很低，并且常常伴随有碳纳米管、无定形碳等杂质物质生成，这些均不利于对其进行物理、化学性能以及应用方面的研究，需要进一步研究处理。
在先技术，公开号为CN1598046的一种“化学气相沉积法制备洋葱状富勒烯”方法，提供了一种利用传统的CVD法制备洋葱状富勒烯的工艺，但是该方法中洋葱状富勒烯受反应区局部环境的影响随机生长，难以控制产物的粒径，且无法避免碳纳米管等杂质的生成，鉴于此，发明人以不同类型的孔径相等的沸石作为模板，进一步进行实验研究，宏量制备出了粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯。
发明内容
本发明要解决的问题是现有洋葱状富勒烯的粒径不均匀，且含有碳纳米管等杂质，纯度不高；其目的在于提供一种粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的制备方法。
本发明粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，该方法是在反应器中以沸石为模板，加入催化剂，通过热解碳源气制备洋葱状富勒烯复合材料。
本发明粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，该方法按下列工艺步骤进行：
I.将分别盛有孔径为10nm～200nm的沸石和催化剂的容器放入反应器中，然后通入惰性气体或者氮气以排空反应器中的空气；
II.通入碳源气，使惰性气体或者氮气和碳源气以10∶1的比例进行混合，待混合气体的温度升到1173K～1373K后，加热容器中的催化剂，催化剂受热分解生成微小颗粒与碳源气进行反应，生成内包金属洋葱状富勒烯；
III.在惰性气体或者氮气气氛下降温，获取容器中带有沸石的内包金属洋葱状富勒烯产物，并研磨，然后置于38％～40％的氢氟酸中，在室温下搅拌13h～15h；
IV.将带有沸石的内包金属洋葱状富勒烯产物进行超声处理1.0h，然后置于36％～38％的盐酸中搅拌3h～6h，最终除去沸石，再用去离子水洗涤到中性；
V.将上述步骤IV中的产物在343K～363K下烘干，即得粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料。
上述的粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，所述的催化剂是二茂金属化合物的二茂铁、二茂镍或者二茂钴；所述的碳源气是含碳有机气体的甲烷气或者是乙炔气；所述的内包金属洋葱状富勒烯的粒径是在10nm～200nm范围内。
本发明工艺步骤制备得粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯的复合材料，用研钵研磨后，取少许在乙醇中超声分散，将悬浮液滴在微栅铜网上，干燥后用JSM-6700F扫描电镜(SEM)和JEM-2010型高分辨透射电镜(HRTEM，加速电压为200kV，点分辨率为0.19nm)对其进行观察表征，结果是大量的粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料。
本发明粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其优点还在于：利用不同类型的孔径均匀的沸石作为模板，运用不同的催化剂，以廉价的惰性气体或氮气作载气，通过有效控制反应温度、时间、气体流量等工艺参数，实现了粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料的可控生长。此方法制备还具有工艺简单、成本低、模板使用方便、条件易控，生成的内包金属洋葱状富勒烯纯度高等优点，更利于洋葱状富勒烯的性能及应用研究。
本发明粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料，具有优良的电磁性能、导电性能及量子力学效应等重要性能，能够满足特殊要求的微电子器件的材料，能源材料，生物材料，耐磨材料，光吸收材料，信息存储材料等领域，应用范围广阔，前景十分诱人。
附图说明
图1本发明粒径均匀的内包铁的洋葱状富勒烯SEM形貌图
具体实施方式
本发明给出的实施例能够进一步详细说明本发明的技术方案，同时本发明给出的实施例不对本发明作出任何限制。
实施例1
分别称取二茂铁催化剂和孔径为100nm的沸石粉末各2g，分别放入石英舟中，将载有沸石的石英舟放入石英管反应器中间，载有二茂铁催化剂的石英舟放在石英管的入气口一端，封闭石英管反应器，通入氩气以排空石英管反应器内的空气，待反应区的温度升到1273K后，打开乙炔气的阀门，使氩气和乙炔气以10∶1的比例混合，连续流经石英管反应器，加热石英舟里的二茂铁催化剂，二茂铁催化剂受热升华分解生成纳米级的微小颗粒作为催化剂被氩气流吹入反应区进行反应，碳源由热解的乙炔气和二茂铁催化剂共同提供，这些物质重新组合生成内包铁的洋葱状富勒烯，待催化剂消耗完毕后，保温1h，待石英管反应器在氩气气氛下冷却，冷却后将石英舟中带有沸石的产物用研钵研磨后放入38％～40％的氢氟酸中室温下搅拌12h，然后进行超声处理1h，最后放入36％～38％盐酸中搅拌5h，以除去作为模板的沸石，再用去离水洗涤至中性，在353K下烘干即得粒径均匀的内包铁的洋葱状富勒烯复合材料。
实施例2
分别称取二茂钴催化剂和孔径为100nm的沸石粉末各2g，分别放入石英舟中，将载有沸石的石英舟放入石英管反应器中间，载有催化剂的石英舟放在石英管的入气口一端，封闭石英管反应器，通入氩气以排空石英管反应器内的空气，待反应区的温度升到1173K后，打开甲烷气的阀门，使氩气和甲烷气以10∶1的比例混合，连续流经石英管反应器，加热石英舟里的二茂钴催化剂，二茂钴催化剂受热升华分解生成纳米级的微小颗粒被氩气流吹入反应区进行反应，碳源由热解的甲烷气和二茂钴催化剂共同提供，这些物质重新组合生成内包钴的洋葱状富勒烯，待催化剂消耗完毕后，保温30min，待石英管反应器在氩气气氛下冷却，冷却后将石英舟中带有沸石的产物用研钵研磨后放入38％～40％的氢氟酸中室温下搅拌15h，然后进行超声处理0.5h，最后放入36％～38％盐酸中搅拌5h，以除去作为模板的沸石，再用去离水洗涤至中性，在343K下烘干即得粒径均匀的内包钴的洋葱状富勒烯复合材料。
Claims (5)
1.一种粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其特征是在反应器中以沸石为模板，加入催化剂，通过热解碳源气制备洋葱状富勒烯复合材料。
2.如权利要求1所述的粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其特征在于该方法按下列工艺步骤进行：
I.将分别盛有孔径为10nm～200nm的沸石和催化剂的容器放入反应器中，然后通入惰性气体或者氮气以排空反应器中的空气；
II.通入碳源气，使惰性气体或者氮气和碳源气以10∶1的比例进行混合，待混合气体的温度升到1173K～1373K后，加热容器中的催化剂，催化剂受热分解生成微小颗粒与碳源气进行反应，生成内包金属洋葱状富勒烯；
III.在惰性气体或者氮气气氛下降温，获取容器中带有沸石的内包金属洋葱状富勒烯产物，并研磨，然后置于38％～40％的氢氟酸中，在室温下搅拌13h～15h；
IV.将带有沸石的内包金属洋葱状富勒烯产物进行超声处理1.0h，然后置于36％～38％的盐酸中搅拌3h～6h，最终除去沸石，再用去离子水洗涤到中性；
V.将上述步骤IV中的产物在343K～363K下烘干，即得粒径均匀的内包金属洋葱状富勒烯复合材料。
3.如权利要求1或2所述的粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其特征在于催化剂是二茂金属化合物的二茂铁、二茂镍或者二茂钴。
4.如权利要求1或2所述的粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其特征在于碳源气是含碳有机气体的甲烷气或者是乙炔气。
5.如权利要求1或2所述的粒径均匀的洋葱状富勒烯复合材料的制备方法，其特征在于内包金属洋葱状富勒烯的粒径是在10nm～200nm范围内。
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2006
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