[發明專利]碳包覆金屬納米粒子及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011460079.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN114619025B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 盛英;文成玉;張勝振
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B22F1/16
• 分類號: B22F1/16;B22F1/07;B82Y40/00;B82Y25/00
• 代理公司: 北京信諾創成知識產權代理有限公司 11728
• 代理人: 陳悅軍

本發明涉及碳包覆金屬材料領域，公開了碳包覆金屬納米粒子及其制備方法。碳包覆金屬納米粒子包括：金屬粒子和包覆所述金屬粒子的包覆層，其中，所述金屬粒子的平均粒徑為10?50nm，所述包覆層為石墨化碳層，所述石墨化碳層中碳層層間距為0.335?0.345nm。獲得的包覆層具有石墨化結構，能夠為碳包覆金屬納米粒子提供更好的電磁性能。

技術領域

本發明涉及碳包覆金屬材料領域，具體涉及一種核殼型碳包覆金屬納米粒子及其制備方法和應用。

背景技術

碳包覆金屬材料具有光電學、磁學和力學性能。根據金屬粒子的不同，該材料可以用于電磁材料，儲能材料，催化劑、生物醫學等各方面。

碳包覆金屬材料為顆粒，具有有序排列的核殼結構，其中以納米金屬粒子為核心，碳層緊密圍繞該核心。由于納米金屬顆粒的外殼由碳層環繞而形成，納米金屬粒子被碳層禁錮在很小的空間內。碳層具有抗高溫、抗氧化、抗腐蝕等一系列優越性，作為包覆外殼，能夠避免環境對納米金屬粒子的影響，解決納米金屬粒子在空氣中不能穩定存在的問題。另外由于外殼的存在，還可以改善某些納米金屬粒子與其他體系之間的相容性和穩定性。

CN105375031A公開了一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括：1)碳源和微生物的混合，并在有氧環境下攪拌以促使微生物生長，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖和淀粉中的一種或多種；2)將上述步驟得到的產物與鐵源、磷源、鋰源混合；3)放置陳化；4)干燥；5)將干燥產物第一次研磨；6)第一次熱處理；7)第二次研磨；8)第二次熱處理，所述第二次熱處理的溫度比所述第一次熱處理的溫度高。所述鋰離子電池正極材料為碳包覆的納米結構的磷酸鐵鋰，粒徑尺寸范圍為100-200nm。該工藝復雜，且得到的包覆層為普通的碳層。

CN105185999A公開了一種鋰離子動力電池用負極材料，具有核殼結構，所述核殼結構的殼為碳包覆層，所述核殼結構的核為碳核材料，所述碳核材料中含有鋰元素或者鋰元素和過渡金屬元素；當碳核材料中含鋰元素時，鋰元素與碳核材料中碳的摩爾比為0.004-0.15：8.3；當碳核材料中含鋰元素和過渡金屬元素時，鋰元素、過渡金屬元素及碳核材料中碳元素的摩爾比為0.004-0.15：0.001-0.04：8.3；所述碳包覆層與所述碳核材料的質量比為0.1-3:100；所述碳核材料為天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、有機熱解碳中的一種。具體制備方法包括：1)將碳核材料加入到過渡金屬鹽水溶液中，在50℃下浸漬1h，繼續升溫至100℃至溶劑蒸干后得摻雜過渡金屬元素的碳核材料；2)將摻雜過渡金屬元素的碳核材料加入鋰化合物水溶液中混合，在50℃下浸漬1h，繼續升溫至100℃至溶劑蒸干后得摻雜鋰元素的碳核材料；3)將摻雜鋰元素的碳核材料和熱解碳源混合，攪拌2h，氮氣保護下，800-2800℃保溫2-20h，得復合材料，冷卻至室溫即得。但該工藝復雜且能耗高，得到的碳包覆層為網狀結構，力學性能較差。

因此，需要改進的碳包覆金屬納米粒子。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有碳包覆金屬納米粒子結構的缺陷，提供了碳包覆金屬納米粒子及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種碳包覆金屬納米粒子，包括：金屬粒子和包覆所述金屬粒子的包覆層，其中，所述金屬粒子的平均粒徑為10-50nm，所述包覆層為石墨化碳層，所述石墨化碳層中碳層層間距為0.335-0.345nm。

優選地，所述金屬粒子與所述包覆層的重量比為1:3-1:99。

本發明第二方面提供一種碳包覆金屬納米粒子的制備方法，包括：

(1)將金屬鹽溶于水，攪拌溶解后得到金屬鹽溶液；

(2)將碳源加入金屬鹽溶液中，得到含碳金屬鹽水溶液；

(3)將所述含碳金屬鹽溶液進行蒸發干燥得到碳-金屬固體粉末；