碳包覆纳米金属材料的合成及应用进展

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1、·66·材料开发与应用2009年6月文章编号：1003—1545(2009)03-0066-07碳包覆纳米金属材料的合成及应用进展罗宁，李晓杰(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：本文主要介绍了目前碳包覆纳米金属材料的主要合成途径及其形成机理，主要合成途径有：电弧放电法、化学气相沉积法、高温热解法、低温热解法、聚能法、爆炸法、机械球磨法等。根据合成工艺，总结阐述了碳包金属材料在电磁性存储、微电子技术、生物医学、催化材料、光电辐射技术等不同领域的应用。关键词：碳包覆；金属纳米材料；合成机理；应用领域中图分类号：TB383文献标识码：A1985年，美国赖斯大学的

2、化学教授Curl、放电法是研究最早，同时也是常用的一种方法。Smalley和英国布赖顿苏塞克斯大学的化学及分自1993年美国R0等和日本Tomita等在电弧子生物学教授Kroto合作进行宇宙尘埃的模拟研蒸发石墨烟灰中首先发现了碳包覆碳化镧的结究，用激光照射石墨，获得了以c∞为主的碳原子构以来，J．J．Host-4等采用钨弧技术在电弧炉内团簇及其质谱图，发现了富勒烯的c印家族，它从从液态金属池中蒸发金属和碳，制备出了碳包覆一开始就吸引了众多科学家的关注，成为了新的单晶相面心立方结构的co、Ni纳米颗粒。研究热点H。1993年，美国Rouff等和13本To—研究者们改变了采用传统的电弧放电(惰性m

3、ita等l3在电弧蒸发石墨烟灰中首先发现了碳气氛)，广泛开展了在有机气体氛围中进行电弧包覆碳化斓的结构，随后人们积极改进电弧放电放电制备碳包覆金属纳米材料的研究。Xiang技术，有意识地开展包覆纳米金属晶的制备工ChengSun等人采用改进电弧(碳弧)放电法，作。目前，人们已成功地制备出包裹一个或多个将纯铁置于一个用循环冷水冷却的铜台上做为金属原子的富勒烯分子和包覆金属或金属碳化阳极，其上采用一个由铜壁支撑的碳棒作为阴物纳米晶体的碳纳米颗粒，并发现碳包覆金属纳极，在甲烷气氛下进行放电，成功合成了铁族金米颗粒具有特殊的包覆结构，碳包覆层形成的封属纳米颗粒，它包含金属相和金属碳化物，磁性闭空间使被

4、包覆的金属颗粒与环境隔绝，特别是测试表明室外下呈铁磁性。PingZhanSiL6等在对于那些环境敏感的金属材料的实际应用具有乙醇气氛下采用电弧放电法制备碳包覆(Fe，Ni)重要价值。这类新奇结构的材料具有奇特的电纳米颗粒，放电后所得纳米颗粒在空气气氛下于学、磁学、光学和生物医学性质，成为继富勒烯和800~C进行退火处理，所得碳包覆金属颗粒尺寸碳纳米管之后的又一纳米炭材料研究的热点。分布较广，被包覆的核包括一Fe、一Fe和这些碳包覆金属材料可以被广泛应用于电磁性FeC3种材料，而被包覆的镍颗粒只含金属镍。存储、微电子技术、生物医学、催化材料、光电辐随后人们有意识地开展碳包覆纳米金属晶射技术等领域

5、。的制备工作，积极改进电弧放电技术和工艺方法，同时对包覆形态结构、性质及应用等方面进1合成及机理初步探讨行了研究，获得了大量基础研究数据，关于电弧放电法制备碳包覆纳米金属颗粒的形成机理，被1．1电弧放电法大多数人所接受的是汽一液．固(Vapour-Liquid-在碳包覆金属纳米材料的制备方法中，电弧Solid，V—L．s)模型，其前提是存在汽、液、固三相收稿日期：2008—12—24作者简介：罗宁，男，博士生，从事爆炸理论及合成材料方向研究。第24卷第3期罗宁等：碳包覆纳米金属材料的合成及应用进展’67·共存状态，存在着L．s界面和V．s界面，相应地颗粒，结果显示磁性金属颗粒被均匀的、薄的碳存

6、在两种生成机制：外延生成与内延生成机制。层所包覆，包覆碳层厚度均一。张立等人¨采1．2化学气相沉积(CVD)法用胶状碳包覆前驱体工艺，将w粉、石墨粉以及NoriakiSnao等报道了采用金属有机化合石蜡基高分子化合物在多组元湿磨介质中球磨物直接进行气相沉积制备碳包覆纳米金属材料12h，在真空中蒸发被碳包覆的纳米钨混合胶体的方法，即在高纯氢气气氛保护下，高温热解二中的液体介质，对碳包覆前驱体进行制粒处理，茂铁，二茂铁分解后，随氢气流动到石英管下游并以松装状态装入石墨舟皿，在1000％于真空中低温区域，在反应器石英管的不同温度分别收集碳化4h，最终合成了纳米碳包覆碳化钨粉。到了填充铁的碳纳米管和碳

7、包覆铁纳米胶囊。高温热解法的基本原理是将在空气中稳定存在且具有可溶性的有机金属化合物、有机金属P．Singjai等人采用一种简单和成本有效的方聚合物或高分子络合物等作为金属源与合适的法，在饱和气压下改良乙醇接触化学气象沉积法碳源在惰性气氛(相对于碳)中进行热解，获得纳成功合成碳包覆Ni纳米粒子。IoannisP等人米金属均匀分散于碳基体的复合材料。由于该报道了以苯为碳源，在高温1000℃左右，采用