碳包裹納米金屬及其合金粒子的制備和性能研究.pdf

1、本文采用一種新的制備方法，即以陽離子交換樹脂(D113)為碳源，金屬離子為金屬源，首次采用離子交換的方法將金屬離子引入到聚合物中，得到含金屬的聚合物前驅(qū)體，然后在400-700℃熱解制備碳包裹納米金屬及合金粒子，本制備方法具有工藝簡單、納米金屬粒度可控、容易操作、成本低等特點。 深入研究了制備工藝條件對碳包裹納米金屬粒子形態(tài)的影響，并結(jié)合 X 射線衍射儀、元素分析儀、紅外光譜、電子顯微鏡等現(xiàn)代分析手段對材料的結(jié)構(gòu)、性能進行詳細分

2、析；初步分析了其形成機理；并研究了其催化性能、磁性能和吸波性能。 400-700 ℃熱解載鎳和載鈷的前驅(qū)體(Ni/D113，Co/D113)可獲得碳包裹面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)的納米鎳、鈷粒子，未發(fā)現(xiàn)鎳、鈷的氧化物和碳化物，鎳、鈷粒子的晶粒尺寸隨著熱解溫度的升高不斷增大。而在同樣的條件下熱解載鐵樹脂(Fe/D113)，熱解產(chǎn)物中鐵的晶體結(jié)構(gòu)與熱解溫度有關(guān)，400 ℃熱解產(chǎn)物為鐵的氧化物；500℃熱解產(chǎn)物為體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)的單

3、質(zhì)鐵；600-700 ℃的熱解產(chǎn)物為bcc單質(zhì)鐵和鐵的碳化物(Fe<,3>C)。400-700 ℃熱解載鐵、鎳D113 前驅(qū)體(Fe-Ni/D113)和載鐵、鈷D113前驅(qū)體(Fe-Co/D113)分別獲得了碳包裹fee結(jié)構(gòu)鐵鎳合金和bcc結(jié)構(gòu)鐵鈷合金納米粒子。顆粒的點陣常數(shù)隨合金顆粒中鐵含量的增加而增大；納米合金的晶粒隨熱解溫度的升高而增大。 包裹納米粒子的殼層碳結(jié)構(gòu)因熱解溫度的不同而不同，400-500 ℃時，殼層碳為無定型

4、碳；600-700 ℃時，400-500 ℃熱解形成的無定型碳殼層石墨化，同時被包裹金屬粒子明顯長大。通過對形成機理進行分析認為，600-700 ℃熱解過程中，核金屬對殼層的無定型碳具有催化石墨化作用；而被包裹粒子的長大是由于被包裹金屬對外層的無定型碳產(chǎn)生催化石墨作用時，導(dǎo)致核金屬的裸露，相互融并引起的。 采用熱分析法考察了碳包裹納米金屬及合金粒子對高氯酸銨(AP)熱分解的催化作用。結(jié)果表明，碳包裹納米金屬及合金粒子使AP的高溫

5、分解溫度大幅下降，高溫分解的表觀活化能降低，熱分解反應(yīng)的速率加快，分解放熱量提高。同時探討了對AP催化熱分解的機理。 碳包裹納米金屬及合金粒子的磁性與被包裹納米金屬和合金粒子的尺寸有關(guān)。矯頑力H<,c>大于相應(yīng)的塊體材料，先隨試樣中粒子尺寸的減小而增大，在達到單疇尺寸D<,s>附近的極值后，隨試樣中粒子尺寸的減小而減?。槐蕊柡痛呕瘡姸萂<,s>小于相應(yīng)的塊體材料，隨試樣中粒子尺寸的增大而單調(diào)增大，并逐漸接近塊體材料的值；碳包裹納