碳包覆钴纳米颗粒的合成与性能研究

发布时间：2017-11-02 00:26

  本文关键词：碳包覆钴纳米颗粒的合成与性能研究

  更多相关文章： 碳包覆钴纳米颗粒 化学气相沉积 形貌结构 磁性能 吸附性能

【摘要】：碳包覆钴纳米颗粒(Co@C)结合了外壳碳层与核心钴纳米颗粒两者的性能优势,在功能磁性材料、燃料电池材料、生物医学材料以及吸附材料等方面具有广泛应用前景。然而,目前所合成的Co@C纯度、形态结构和磁性能仍不理想,使其应用受到限制。因而,进一步探讨Co@C的合成工艺与性能仍具有重要意义。本论文采用化学气相沉积法(CVD),以Co为催化剂,合成了Co@C,探讨了不同类型催化剂载体(Al2O3和NaCl)上合成Co@C的工艺因素,研究了合成工艺条件对Co@C结构和磁性能的影响,分析了Co@C的合成机理,并初步探讨了Co@C的吸附性能,以期为其在高密度磁记录材料和水环境修复领域的应用提供实验基础。采用Co/Al2O3催化剂,甲烷为碳源,通过CVD合成出Co@C,探讨了合成温度和催化剂含量对Co@C形貌与结构的影响,分析了Co@C的磁性能。结果表明:700℃、5wt.%Co条件下,能够在Al2O3载体表面合成粒径均匀、稳定性好、石墨化程度和产率高的Co@C;对不同温度下合成Co@C的磁性能的研究表明:500℃、5wt.%Co条件下制备的Co@C磁性能较佳,矫顽力(Hc)为560.07Oe,影响磁性能的主要因素为碳含量和Co粒径。基于提高Co@C纯度和磁性能的考虑,采用新型Co/NaCl催化剂,通过乙炔的CVD合成出Co@C,研究了合成温度、催化剂含量及合成时间等工艺条件与Co@C形貌、结构、磁性能之间的关系与调控途径,探讨了Co@C的磁性能与吸附性能。结果表明:NaCl载体通过简单清洗和离心处理即可去除,从而获得高纯度的Co@C。随合成温度升高,碳包覆层从无定形碳或石墨碎片转变为石墨化程度高的碳层;延长合成时间,碳包覆层厚度逐渐增加。在400℃、1wt.%Co、合成时间30min条件下,可获得粒径均匀、热稳定性好、石墨化程度和Hc较高的Co@C,且Hc与核心Co的粒径和碳包覆层厚度有关。对NaCl载体上所合成的Co@C吸附性能的初步研究表明:Co@C对亚甲基蓝(MB)有较好的吸附去除能力;随MB浓度增加,Co@C对MB的吸附率降低,吸附规律符合Freundlich吸附等温模型,其吸附过程符合准二级反应动力学方程。
【关键词】：碳包覆钴纳米颗粒 化学气相沉积 形貌结构 磁性能 吸附性能
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 碳纳米材料11-12
• 1.3 碳包覆金属纳米颗粒12-14
• 1.3.1 碳包覆金属纳米颗粒的结构12-13
• 1.3.2 碳包覆金属纳米颗粒的性能与应用13-14
• 1.4 碳包覆金属纳米颗粒的合成方法14-16
• 1.4.1 电弧放电法14-15
• 1.4.2 化学气相沉积法15
• 1.4.3 热解法15
• 1.4.4 水热法15-16
• 1.4.5 其它方法16
• 1.5 碳包覆钴纳米颗粒的研究现状16-17
• 1.6 本论文研究的目的与内容17-19
• 第二章 实验材料、测试方法与设备19-27
• 2.1 实验材料及其基本性质19
• 2.2 实验方案19-23
• 2.2.1 水热法制备碳包覆钴纳米颗粒的工艺19-20
• 2.2.2 CVD法制备碳包覆钴纳米颗粒的工艺20-23
• 2.3 制备、检测设备及方法23-27
• 2.3.1 主要制备仪器与设备23-24
• 2.3.2 主要检测设备与方法24-27
• 第三章 碳包覆钴纳米颗粒合成的研究27-53
• 3.1 水热法合成Co@C的研究27-28
• 3.2 Co@C/Al_2O_3合成的研究28-36
• 3.2.1 合成温度对Co@C合成效果的影响29-33
• 3.2.2 催化剂含量对Co@C合成效果的影响33-36
• 3.3 Co@C/NaCl合成的研究36-50
• 3.3.1 合成温度对Co@C合成效果的影响36-41
• 3.3.2 催化剂含量对Co@C合成效果的影响41-43
• 3.3.3 合成时间对Co@C合成效果的影响43-46
• 3.3.4 热处理对Co@C结构的影响46-48
• 3.3.5 碳包覆钴纳米颗粒的BET分析48-50
• 3.4 CVD法合成碳包覆钴纳米颗粒的生长机理50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 碳包覆钴纳米颗粒磁性能与吸附性能的研究53-67
• 4.1 碳包覆钴纳米颗粒的磁性能研究53-58
• 4.1.1 Al_2O_3载体合成Co@C的磁性能53-54
• 4.1.2 NaCl载体合成Co@C的磁性能54-58
• 4.2 碳包覆钴纳米颗粒的吸附性能研究58-65
• 4.2.1 亚甲基蓝的标准曲线59-60
• 4.2.2 碳包覆钴纳米颗粒对亚甲基蓝吸附动力学研究60-63
• 4.2.3 碳包覆钴纳米颗粒对亚甲基蓝吸附平衡的研究63-65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 主要结论和创新点67-69
• 5.1 主要结论67-68
• 5.2 创新点68-69
• 参考文献69-75
• 攻读学位期间发表论文与科研成果75-77
• 致谢77-78

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本文编号：1129213