[發(fā)明專(zhuān)利]基于氣相沉積制備表面活性洋蔥狀碳納米球的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910607599.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110255626B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦蕾;劉偉峰;崔燕;劉旭光;楊永珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G49/08
• 分類(lèi)號(hào): C01G49/08;C01B32/18;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 太原華弈知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 14108
• 代理人: 李毅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于氣相沉積制備表面活性洋蔥狀碳納米球的方法，是以液態(tài)有機(jī)小分子烷烴正十二烷為碳源，在二茂鐵催化劑存在的惰性載氣環(huán)境中，650～700℃高溫下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，直接制取由洋蔥狀石墨化殼層包覆四氧化三鐵納米顆粒構(gòu)成的高表面活性的洋蔥狀碳納米球。本發(fā)明制備的洋蔥狀碳納米球產(chǎn)品具有良好的表面活性和熱穩(wěn)定性，實(shí)用性廣，可以應(yīng)用于吸附材料、儲(chǔ)能材料、催化材料、醫(yī)用材料等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳納米球的制備方法，特別是涉及一種制備洋蔥狀碳納米球的方法。

背景技術(shù)

洋蔥狀碳納米球由于其獨(dú)特的中空籠狀結(jié)構(gòu)、良好的密閉性、多層石墨包裹、比表面積大、導(dǎo)電率高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使其在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

化學(xué)氣相沉積法工藝簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)洋蔥狀碳納米球的大量合成。其制備工藝一般是在一定的溫度和壓力下，將低分子烴類(lèi)裂解成碳源，碳源逐步沉積在預(yù)先制備的催化劑上，在催化劑表面生成洋蔥狀碳納米球。目前，不同碳源和催化劑仍是化學(xué)氣相沉積法制備洋蔥狀碳納米球的主要研究方向[Materials, 2018, 11: 822–857]。

現(xiàn)有研究多采用氣態(tài)、固態(tài)或半固態(tài)碳源制備洋蔥狀碳納米球。Wang等[Diamond& Related Materials, 2006, 15: 147–150]利用乙炔為碳源，二茂鐵作為催化劑，采用化學(xué)氣相沉積法合成了內(nèi)包鐵的洋蔥狀碳納米球；He等[Materials Chemistry & Physics,2006, 97(1): 109?115]以甲烷為碳源，Ni作催化劑，Al為催化劑載體，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成出了中空和內(nèi)包金屬顆粒兩種洋蔥狀碳納米球；Zhang等[Carbon, 2011, 49(4):1151?1158]在850℃下以Ni-Fe催化劑催化甲烷分解，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成了內(nèi)包鐵和鎳的洋蔥狀碳納米球或中空的洋蔥狀碳納米球；CN 101143385A在1000℃條件下，以脫油瀝青為原料，金屬鎳粉為催化劑，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法獲得了洋蔥狀內(nèi)包金屬鎳碳微粒。

但是，通過(guò)上述方法制備的洋蔥狀碳納米球表面往往較為惰性，缺乏活性含氧官能基團(tuán)，在后續(xù)應(yīng)用時(shí)還需要進(jìn)一步活化改性。因此，開(kāi)發(fā)一種化學(xué)氣相沉積直接制取高表面活性洋蔥狀碳納米球的方法具有很高的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于氣相沉積制備表面活性洋蔥狀碳納米球的方法，以改善現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積法制備洋蔥狀碳納米球表面活性不高的問(wèn)題。

本發(fā)明所述的基于氣相沉積制備表面活性洋蔥狀碳納米球的方法是以液態(tài)有機(jī)小分子烷烴正十二烷為碳源，在二茂鐵催化劑存在的惰性載氣環(huán)境中，650～700℃高溫下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，直接制取由洋蔥狀石墨化殼層包覆四氧化三鐵納米顆粒構(gòu)成的高表面活性的洋蔥狀碳納米球。

其中，所述催化劑二茂鐵的用量為碳源正十二烷質(zhì)量的0.050～0.055倍，其作用是作為核促進(jìn)洋蔥狀石墨殼層的包覆。

本發(fā)明優(yōu)選將所述碳源和催化劑加入水中制成水分散液，水的用量為碳源體積的2～3倍，其作用是使碳源與催化劑充分分散，并為反應(yīng)提供氧原子。

本發(fā)明所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為15～20min。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)過(guò)程中的惰性載氣流量為5±1mL/min。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述表面活性洋蔥狀碳納米球的制備過(guò)程中，所述惰性載氣的流量需要隨溫度的變化適時(shí)調(diào)節(jié)。具體地，本發(fā)明控制所述惰性載氣的流量在升溫階段不大于3mL/min，升溫至反應(yīng)溫度后，再調(diào)節(jié)惰性載氣的流量至5±1mL/min進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。