專利名稱：粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種洋蔥狀富勒烯的制備方法，特別是一種粒徑均勻的內(nèi)包金屬的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料是一種具有特殊“殼—核”結(jié)構(gòu)的新型碳納米復(fù)合材料，在能源、催化、信息存儲(chǔ)和醫(yī)藥科學(xué)等領(lǐng)域顯示出了巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)行的電弧法、化學(xué)氣相沉積法、離子束照射法和碳離子注入法通過不同方式引進(jìn)催化劑均能制得內(nèi)包金屬(Fe、Co、Ni、Al、Cu等)顆粒的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料，但其粒徑大小不均勻，收率很低，并且常常伴隨有碳納米管、無定形碳等雜質(zhì)物質(zhì)生成，這些均不利于對(duì)其進(jìn)行物理、化學(xué)性能以及應(yīng)用方面的研究，需要進(jìn)一步研究處理。
在先技術(shù)，公開號(hào)為CN1598046的一種“化學(xué)氣相沉積法制備洋蔥狀富勒烯”方法，提供了一種利用傳統(tǒng)的CVD法制備洋蔥狀富勒烯的工藝，但是該方法中洋蔥狀富勒烯受反應(yīng)區(qū)局部環(huán)境的影響隨機(jī)生長(zhǎng)，難以控制產(chǎn)物的粒徑，且無法避免碳納米管等雜質(zhì)的生成，鑒于此，發(fā)明人以不同類型的孔徑相等的沸石作為模板，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，宏量制備出了粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有洋蔥狀富勒烯的粒徑不均勻，且含有碳納米管等雜質(zhì)，純度不高；其目的在于提供一種粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，該方法是在反應(yīng)器中以沸石為模板，加入催化劑，通過熱解碳源氣制備洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
本發(fā)明粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，該方法按下列工藝步驟進(jìn)行I.將分別盛有孔徑為10nm～200nm的沸石和催化劑的容器放入反應(yīng)器中，然后通入惰性氣體或者氮?dú)庖耘趴辗磻?yīng)器中的空氣；II.通入碳源氣，使惰性氣體或者氮?dú)夂吞荚礆庖?0∶1的比例進(jìn)行混合，待混合氣體的溫度升到1173K～1373K后，加熱容器中的催化劑，催化劑受熱分解生成微小顆粒與碳源氣進(jìn)行反應(yīng)，生成內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯；III.在惰性氣體或者氮?dú)鈿夥障陆禍?，獲取容器中帶有沸石的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯產(chǎn)物，并研磨，然后置于38％～40％的氫氟酸中，在室溫下攪拌13h～15h；IV.將帶有沸石的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯產(chǎn)物進(jìn)行超聲處理1.0h，然后置于36％～38％的鹽酸中攪拌3h～6h，最終除去沸石，再用去離子水洗滌到中性；V.將上述步驟IV中的產(chǎn)物在343K～363K下烘干，即得粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
上述的粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，所述的催化劑是二茂金屬化合物的二茂鐵、二茂鎳或者二茂鈷；所述的碳源氣是含碳有機(jī)氣體的甲烷氣或者是乙炔氣；所述的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯的粒徑是在10nm～200nm范圍內(nèi)。
本發(fā)明工藝步驟制備得粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯的復(fù)合材料，用研缽研磨后，取少許在乙醇中超聲分散，將懸浮液滴在微柵銅網(wǎng)上，干燥后用JSM-6700F掃描電鏡(SEM)和JEM-2010型高分辨透射電鏡(HRTEM，加速電壓為200kV，點(diǎn)分辨率為0.19nm)對(duì)其進(jìn)行觀察表征，結(jié)果是大量的粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
本發(fā)明粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)還在于利用不同類型的孔徑均勻的沸石作為模板，運(yùn)用不同的催化劑，以廉價(jià)的惰性氣體或氮?dú)庾鬏d氣，通過有效控制反應(yīng)溫度、時(shí)間、氣體流量等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的可控生長(zhǎng)。此方法制備還具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、模板使用方便、條件易控，生成的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯純度高等優(yōu)點(diǎn)，更利于洋蔥狀富勒烯的性能及應(yīng)用研究。
本發(fā)明粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料，具有優(yōu)良的電磁性能、導(dǎo)電性能及量子力學(xué)效應(yīng)等重要性能，能夠滿足特殊要求的微電子器件的材料，能源材料，生物材料，耐磨材料，光吸收材料，信息存儲(chǔ)材料等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍廣闊，前景十分誘人。


圖1本發(fā)明粒徑均勻的內(nèi)包鐵的洋蔥狀富勒烯SEM形貌圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明給出的實(shí)施例能夠進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，同時(shí)本發(fā)明給出的實(shí)施例不對(duì)本發(fā)明作出任何限制。
實(shí)施例1分別稱取二茂鐵催化劑和孔徑為100nm的沸石粉末各2g，分別放入石英舟中，將載有沸石的石英舟放入石英管反應(yīng)器中間，載有二茂鐵催化劑的石英舟放在石英管的入氣口一端，封閉石英管反應(yīng)器，通入氬氣以排空石英管反應(yīng)器內(nèi)的空氣，待反應(yīng)區(qū)的溫度升到1273K后，打開乙炔氣的閥門，使氬氣和乙炔氣以10∶1的比例混合，連續(xù)流經(jīng)石英管反應(yīng)器，加熱石英舟里的二茂鐵催化劑，二茂鐵催化劑受熱升華分解生成納米級(jí)的微小顆粒作為催化劑被氬氣流吹入反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)，碳源由熱解的乙炔氣和二茂鐵催化劑共同提供，這些物質(zhì)重新組合生成內(nèi)包鐵的洋蔥狀富勒烯，待催化劑消耗完畢后，保溫1h，待石英管反應(yīng)器在氬氣氣氛下冷卻，冷卻后將石英舟中帶有沸石的產(chǎn)物用研缽研磨后放入38％～40％的氫氟酸中室溫下攪拌12h，然后進(jìn)行超聲處理1h，最后放入36％～38％鹽酸中攪拌5h，以除去作為模板的沸石，再用去離水洗滌至中性，在353K下烘干即得粒徑均勻的內(nèi)包鐵的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
實(shí)施例2分別稱取二茂鈷催化劑和孔徑為100nm的沸石粉末各2g，分別放入石英舟中，將載有沸石的石英舟放入石英管反應(yīng)器中間，載有催化劑的石英舟放在石英管的入氣口一端，封閉石英管反應(yīng)器，通入氬氣以排空石英管反應(yīng)器內(nèi)的空氣，待反應(yīng)區(qū)的溫度升到1173K后，打開甲烷氣的閥門，使氬氣和甲烷氣以10∶1的比例混合，連續(xù)流經(jīng)石英管反應(yīng)器，加熱石英舟里的二茂鈷催化劑，二茂鈷催化劑受熱升華分解生成納米級(jí)的微小顆粒被氬氣流吹入反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)，碳源由熱解的甲烷氣和二茂鈷催化劑共同提供，這些物質(zhì)重新組合生成內(nèi)包鈷的洋蔥狀富勒烯，待催化劑消耗完畢后，保溫30min，待石英管反應(yīng)器在氬氣氣氛下冷卻，冷卻后將石英舟中帶有沸石的產(chǎn)物用研缽研磨后放入38％～40％的氫氟酸中室溫下攪拌15h，然后進(jìn)行超聲處理0.5h，最后放入36％～38％鹽酸中攪拌5h，以除去作為模板的沸石，再用去離水洗滌至中性，在343K下烘干即得粒徑均勻的內(nèi)包鈷的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其特征是在反應(yīng)器中以沸石為模板，加入催化劑，通過熱解碳源氣制備洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法按下列工藝步驟進(jìn)行I.將分別盛有孔徑為10nm～200nm的沸石和催化劑的容器放入反應(yīng)器中，然后通入惰性氣體或者氮?dú)庖耘趴辗磻?yīng)器中的空氣；II.通入碳源氣，使惰性氣體或者氮?dú)夂吞荚礆庖?0∶1的比例進(jìn)行混合，待混合氣體的溫度升到1173K～1373K后，加熱容器中的催化劑，催化劑受熱分解生成微小顆粒與碳源氣進(jìn)行反應(yīng)，生成內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯；III.在惰性氣體或者氮?dú)鈿夥障陆禍兀@取容器中帶有沸石的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯產(chǎn)物，并研磨，然后置于38％～40％的氫氟酸中，在室溫下攪拌13h～15h；IV.將帶有沸石的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯產(chǎn)物進(jìn)行超聲處理1.0h，然后置于36％～38％的鹽酸中攪拌3h～6h，最終除去沸石，再用去離子水洗滌到中性；V.將上述步驟IV中的產(chǎn)物在343K～363K下烘干，即得粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于催化劑是二茂金屬化合物的二茂鐵、二茂鎳或者二茂鈷。
4.如權(quán)利要求1或2所述的粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于碳源氣是含碳有機(jī)氣體的甲烷氣或者是乙炔氣。
5.如權(quán)利要求1或2所述的粒徑均勻的洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯的粒徑是在10nm～200nm范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料的制備方法，該方法采用不同類型的孔徑均勻的沸石作為模板，加入催化劑，用化學(xué)氣相沉積法以廉價(jià)的惰性氣體和氮?dú)庾鬏d氣，通過有效控制反應(yīng)溫度、時(shí)間、氣體流量等工藝參數(shù)，宏量地制備了粒徑均勻的內(nèi)包金屬洋蔥狀富勒烯復(fù)合材料。本發(fā)明具有工藝方法簡(jiǎn)單快速，生成的洋蔥狀富勒烯純度高，無雜質(zhì)，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，為洋蔥狀富勒烯的應(yīng)用提供了更大的潛能，在材料領(lǐng)域顯示出更大的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1931717SQ200610048398
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者許并社, 王曉敏, 姚延立, 郭俊杰, 楊曉偉 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)