一种核壳结构的碳包覆磁性纳米微粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构碳包覆磁性吸附纳米微粒的制备方法，首先利用水热法制备不同形貌的金属氢氧化物或氧化物纳米粒子；对粒子进行表面修饰；利用类法包覆纳米粒子，得到酚醛树脂包覆的金属氧化物或金属氢氧化物的纳米复合微粒；将得到的复合微粒煅烧炭化，制备碳包覆磁性纳米微粒。本发明专利技术制备的碳包覆磁性纳米微粒分散性好，颗粒尺寸均一，稳定性高，具有分级多孔及核壳结构，在煅烧过程中核层金属氢氧化物或金属氧化物的形貌保持不变，且可根据需要，灵活调节该纳米粒子的粒径和碳层的包覆厚度。制备的壳核结构复合粒子具有超顺磁吸附性能，在外部磁场的作用下能够实现快速分离，有望应用于磁性分离和催化领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能复合材料制备领域，涉及一种多孔、核壳结构过渡金属@碳磁性 纳米微粒的制备方法，具体是以金属氢氧化物或金属氧化物为核，表面活性剂对其表面进 行修饰，酚醛树脂作碳源对其包覆，经过煅烧得到碳包覆磁性粒子的制备方法。
技术介绍
纳米铁、钴、镍粉作为过渡金属材料，除具有纳米粒子自身的小尺寸效应、量子隧 道效应、幻数结构、量子尺寸效应、表面效应等一系列独特的物理化学性质外，还具有独特 的表面特性、氢化催化性、电化学性能、微波吸收性和铁磁性等，在表面涂层材料、催化化 学、电化学、吸波材料、电磁屏蔽材料、红外隐身材料和磁记录材料等应用方面具有广阔的 应用前景，是国内外新功能材料开发的热点之一。然而金属纳米粒子在实际应用中面临着 一个共同问题，即纳米金属粒子具有高的比表面积和表面能，容易发生由于范德华引力引 起的聚集，金属纳米粒子的团聚会严重影响其应用性能。通过对金属纳米粒子表面进行改 性，使粒子表面性质发生变化能有效解决这一问题，即在纳米粒子的表面均匀包覆一层其 它物质，经过表面包覆后形成的核壳结构的纳米粒子，其表面性能、稳定性能均会得到一定 程度的改善。此外，包覆层的存在不仅能够阻止纳米粒子氧化、晶体长大、腐蚀和团聚，而且 还能赋予核壳粒子特殊的性能，进一步拓宽纳米材料的应用领域。 1993年，美国Rouff研究小组和日本Tomita等首次报道了碳包覆La的结构。此 后，碳包覆金属纳米材料（Carbon encapsulated metal nanoparticles，M0C)作为一种新 型的金属/碳复合纳米材料，其制备、性能与应用的研究迅速成为碳科学与材料科学领域 的研究热点。这种碳包覆金属颗粒（CEMNP)，具有独特的物理、化学性质，碳层的包覆对纳米 金属粒子具有重要保护作用，大大拓展了这类纳米金属颗粒材料的应用范围，使其在化学、 材料、物理等诸多领域有着巨大的潜在应用价值。 迄今为止，有关漏C纳米颗粒的制备方法，主要包括电弧放电法（Jeyadevan B， Suzuki Y， Tohji K， et al.Encapsulation of nano particles by surfactant reduction. Materials Science and Engineering :A，1996,217 :54-57)、激光法 (Hayashi T，Hirono S，Tomita M，et al. Magnetic thin films of cobalt nanocrystals encapsulated in graphite-like carbon · 1996)、化学气相沉积（Sano N，Akazawa H， Kikuchi T，et al. Separated synthesis of iron-included carbon nanocapsules and nanotubes by pyrolysis offerrocene in pure hydrogen · Carbon，2003,41 (11)： 2159-2162)、爆轰法（Wu W，Zhu I, Liu I, et al. Preparation of carbon-encapsulated iron carbide nanoparticles by an explosion method · Carbon，2003,41 (2)： 317-321)等。上述方法均存在一定的缺点：电弧法由于电弧温度高达4000K，产物中不可避 免地伴有副产物出现（如碳纳米管、富勒烯及炭黑等），致使产物的纯度降低，而且设备较 为复杂，工艺参数不易控制，耗能大，成本高，因而难以实现大规模合成；激光法所需设备比 较昂贵，使其在应用上受到了很大限制；化学气相沉积法所得碳包覆纳米金属颗粒CEMNP 的粒径及分布受反应前铺撒在基板上的纳米金属催化剂的颗粒大小及其分布影响非常大， 一般制备粒子的粒径比较小（20~80nm)，而且反应产物中除CEMNP外，还会同时生成碳纳 米管和无定形的碳颗粒，纯度较低；爆轰法制备过程比较复杂，特别是前期爆炸物的制备， 而且过程不易操作和控制，存在较高危险性，大规模合成受到限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有技术在制备碳包覆金属纳米材料过程中，设备复杂、工 艺可控性差、产物的纯度低等问题。 为了解决上述问题，本专利技术提供了一种核壳结构碳包覆金属磁性纳米微粒的制备 方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施： 步骤1):在室温超声条件下，将碱剂加入到配制的过渡金属盐的水溶液中，90~ IKTC条件下水热反应，制备得到过渡金属氢氧化物的溶液； 步骤2):向步骤1)得到的溶液中加入表面活性剂聚丙烯酸，超声进行表面修饰， 尚心水洗分散； 步骤3):向步骤2)所得到的分散液中依次加入碳源前驱体、氨水，搅拌，离心洗 涤，于70~90°C烘干，得到酚醛树脂包覆的金属氧化物的纳米微粒； 步骤4):将步骤3)得到的固体粉末置于管式炉中，在惰性气体氛围下于600~ 900°C煅烧2~3h，得到碳包覆磁性纳米微粒。 优选地，所述步骤1)中的过渡金属为Fe、Co和Ni中的任意一种或几种。 优选地，所述步骤1)中的热反应的时间为2小时。 优选地，所述步骤2)中的超声反应的时间为2小时。 优选地，所述步骤2)中的表面活性剂为聚丙烯酸。 优选地，所述步骤3)的碳源前驱体为酚醛树脂。 优选地，所述步骤3)中搅拌的具体参数为：50°C下搅拌2小时。 优选地，所述步骤4)中的惰性气体为氩气或氮气。 优选地，所述步骤4)制得的碳包覆磁性纳米微粒形貌为纳米球、纳米片、纳米棒、 纳米立方体和纳米管中的任意一种或几种，且均为有规则形貌、单分散的核壳结构。 本专利技术提出一种利用表面活性剂修饰的过渡金属氢氧化物或金属氧化物为核，经 碳源前体对其包覆，再高温煅烧，制备多孔核壳结构的磁性金属@碳纳米复合微粒的方法， 即以多形貌的金属氢氧化物或金属氧化物为核，经表面活性剂进行修饰，以间苯二酚和甲 醛为原料经过类&Obir法在其表面包覆连续的碳源层，在惰性气氛下煅烧后得到磁性纳米 复合微粒。该方法可以在温和的反应条件下，以水为溶剂、简单快速地制备高稳定性、单分 散、具有分级多孔和核壳结构的磁性金属@碳纳米复合微粒。而且可以根据实际需要，灵活 调节核层纳米粒子的粒径、形貌以及壳层碳结构的包覆厚度、比表面大小及其碳化程度。本 专利技术采用的制备方法简便可行，且重现性好。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于： 1、本专利技术方法得到的磁性吸附材料，具有分级多孔的核壳结构，结构稳定，分散性 好，粒径均匀，且比表面及在240m2/g以上。 2、本专利技术方法得到的核壳结构纳米粒子，因其碳层具有分级多孔结构，因而具有 很好的吸附性能。 3、该核壳结构吸附粒子具有优良的超顺磁性，在外界磁场作用下能够实现快速分 离，不产生二次污染。 4、该核壳结构磁性吸附粒子，可以根据实际需要，灵活调节核层粒子的形貌、粒径 和壳层碳的包覆程度、比表面积、孔径大小。既可以应用于不同粒径励碳磁性纳米微粒的 制备，也可以应用于不同壳层厚度的磁性纳米微粒的制备。 5、与其他合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构碳包覆金属磁性纳米微粒的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1)：在室温超声条件下，将碱剂加入到配制的过渡金属盐的水溶液中，90～110℃条件下水热反应，制备得到过渡金属氢氧化物的溶液；步骤2)：向步骤1)得到的溶液中加入表面活性剂聚丙烯酸，超声进行表面修饰，离心水洗分散；步骤3)：向步骤2)所得到的分散液中依次加入碳源前驱体、氨水，搅拌，离心洗涤，于70～90℃烘干，得到酚醛树脂包覆的金属氧化物的纳米微粒；步骤4)：将步骤3)得到的固体粉末置于管式炉中，在惰性气体氛围下于600～900℃煅烧2～3h，得到碳包覆磁性纳米微粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛凤燕，孙鸿哲，蔡再生，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31