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瞬间热解法制备碳包覆纳米金属颗粒的研究

作　者: 马辰
导　师: 宋怀河；智林杰
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料学
关键词: 碳包覆铁镍锡磁学性能电学性能锂离子电池
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

碳包覆纳米金属颗粒(Carbon-encapsulated metal nanoparticles,CEMNPs)是一种新型的纳米碳/金属复合材料,由于这种材料特殊的结构特点,即数层石墨片层紧密围绕纳米金属有序排列,纳米金属粒子处于核心位置,形成核壳结构,使其在磁记录材料、环境治理、生物医学以及能源材料如锂离子电池负极材料和燃料电池材料等方面获得广泛应用。目前,已经有多种方法可用来制备碳包覆纳米金属颗粒,其中电弧放电法为最早的制备方法,而该方法的反应条件较为苛刻,产率低且难以控制产物的结构,热解法成为另一种被人们广泛应用于制备碳包覆纳米金属颗粒的方法,而这种方法不适宜进行连续的工业生产,同时产物中伴有大量的副产物,提纯过程较为复杂。溶胶凝胶法以其对产物的可控性强,颗粒大小均一而备受青睐,而复杂的产物后处理工序及原料的高成本,也是该方法无法应用于生产工艺化。针对其它各种制备方法存在的缺点,本论文采用一种新型制备方法——瞬间热解法,这种方法的特点是加热速度快,高温驻留时间短,冷却迅速,再加上反应区周围的空间温度梯度,对粒子的“冷淬”作用,可以获得纯度高、粒径小、表面活性好的纳米粒子。本论文主要以瞬间热解法,通过探索利用不同金属催化剂和不同碳源,来制备不同金属基的碳包覆纳米金属颗粒。并在详细考察制备工艺参数对不同产物形成、转化及其形态结构影响的基础上,利用TEM、HREM、XRD、SEM、TG/DSC、VSM、电化学测试等测试分析手段研究了材料的形貌、结构和性能,并与制备工艺相关联,实现材料的可控合成。研究结果表明,分别以二茂铁及芳烃重油、乙酰丙酮镍及甲醇、氯化亚锡及工业乙醇为原料,采用瞬间共热解法,通过调节工艺参数,可制备得到碳包覆铁纳米颗粒、碳包覆镍纳米颗粒和碳锡纳米复合材料。结果表明:采用该方法制备的碳包覆纳米金属颗粒形状为近球形颗粒,粒径均一,其中碳包覆镍纳米磁性颗粒的粒径集中在10-30nm范围,碳包覆铁纳米磁性颗粒粒径则在50-60nm范围,其磁性能测试表明该产物在室温下具有顺磁性,同时磁性能随颗粒金属含量的变化而改变。制备得到的碳锡纳米复合材料具有特殊的电性能,在恒流以及变化大电流充放电条件下的循环特性,该材料反映出了不受电流波动的充放电特性,其大电流及频繁变化电流是材料电池容量的稳定性要远高于文献所报道的其他电池材料,这为我们探索如何制备高频变电流下充放电性能稳定的材料,提供了很好的依据。

瞬间热解法制备碳包覆纳米金属颗粒的研究

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