專利名稱：以鈷/鋁催化化學(xué)氣相沉積制備碳包覆鈷納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以鈷/鋁催化化學(xué)氣相沉積制備碳包覆鈷納米顆粒的方法。屬于碳包覆 鈷納米顆粒制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
碳包覆鈷納米顆粒是一種新型納米碳/鈷復(fù)合材料，其中多層石墨片層緊密環(huán)繞鈷納米 顆粒有序排列形成類洋蔥結(jié)構(gòu)，鈷納米粒子處于碳包覆層的核心。碳包覆鈷納米顆粒避免 了環(huán)境對(duì)鈷納米顆粒的影響，保持了鈷納米顆粒的穩(wěn)定性，提高了鈷納米顆粒的生物相容
性，可用作電波屏蔽材料、磁記錄材料、電池負(fù)極材料、核廢料處理材料、k細(xì)陶瓷材料 和抗菌材料等。目前，制備碳包覆鈷納米顆粒的方法主要有電弧放電法、熱解法、液相浸 漬法和爆炸法等，但上述方法在制備碳包覆鈷納米顆粒的過(guò)程中存在所需溫度高、能量大、 工藝復(fù)雜、可控性差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種以鈷/鋁催化化學(xué)氣相沉積制備碳包覆鈷納米顆粒的方法，該方法 過(guò)程簡(jiǎn)單，所制得的碳包覆鈷納米顆粒純度高、分散性好、顆粒尺寸均勻。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的 一種以鈷/鋁催化劑化學(xué)氣相沉積碳包覆鈷納 米顆粒的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程， 1 )沉積-沉淀法制備Co/Al催化劑前驅(qū)體
將六水硝酸鈷和鋁粉按質(zhì)量比為(0.05-1.23) :1的比例加入到去離子水中，配制成濃 度為0.01-lmol/L含有鋁粉的六水硝酸鈷溶液，向溶液中滴加氫氧化鈉或氨水使溶液呈中性 并加以沉淀，制得Co/Al質(zhì)量比為(0.01-0.25): 1的Co(OH)2/Al 二元膠體；將該Co(OH)2/Al 二元膠體在150°C-300°C、氮?dú)夥諊旅撍⒃?50'C-500'C溫度下煅燒，得到Co/Al催 化劑前驅(qū)體CoO/Al。
2)化學(xué)氣相沉積法制備碳包覆鈷納米顆粒
將步驟1)制得的Co/Al催化劑前驅(qū)體粉末鋪在石英舟中，再將石英舟置于反應(yīng)器恒溫 區(qū)；通入氮?dú)庵脫Q空氣，然后反應(yīng)器升溫至40CTC-650'C,并以25-400ml/min向反應(yīng)器通 入氫氣，并保持0.5-6小時(shí)，之后關(guān)閉氫氣，以體積比為(1-12) :1的氮?dú)馀c甲垸的混合氣， 或是以體積比為(1-12) :1的氫氣與甲烷的混合氣，或是以體積比為(1-12) :1的氮?dú)夂?br> 氫氣與甲垸的混合氣，以120-780ml/min混合氣通入反應(yīng)器，在400'C-65(TC下進(jìn)行催化裂 解反應(yīng)0.1h-6h,之后反應(yīng)器在氮?dú)夥諊吕渲潦覝兀频昧綖?5-70nm的碳包覆鈷納米 顆粒。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)所采用的Co/Al催化劑在制備過(guò)程中可對(duì)鈷含量進(jìn)行精確確定， 從而能對(duì)碳包覆鈷納米顆粒的產(chǎn)率加以控制；在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中通過(guò)對(duì)反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行 調(diào)節(jié)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳包覆鈷納米顆粒形態(tài)和尺寸的控制，因此，采用本發(fā)明制備碳包 覆鈷納米顆粒具有產(chǎn)物純度高、分散性好、尺寸均勻等特點(diǎn)。另外，本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。


圖1為本發(fā)明實(shí)例2所制得的碳包覆鈷納米顆粒的TEM圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)例2所制得的碳包覆鈷納米顆粒的HRTEM圖。 圖中所顯示的中心黑色區(qū)域?yàn)殁捈{米顆粒，其外側(cè)包覆的層狀區(qū)域?yàn)樘紝印?
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，這些實(shí)施例只用于說(shuō)明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明。 使用原料六水硝酸鈷，市售，純度>96%;鋁粉，市售，400目。 實(shí)施例1
將六水硝酸鈷和鋁粉按質(zhì)量比為0.05:1的比例加入到去離子水中，配制成濃度為 0.01mol/L含有鋁粉的六水硝酸鈷溶液，向溶液中滴加氫氧化鈉使溶液呈中性并加以沉淀， 制得Co/Al質(zhì)量比為0.01:1的Co(OH)2/Al 二元膠體；將該二元膠體在240°C、氮?dú)夥諊?脫水，并在400。C溫度下煅燒，得到Co/Al催化劑前驅(qū)體CoO/Al;將所得的Co/Al催化劑 前驅(qū)體粉末鋪在石英舟中，再將石英舟置于反應(yīng)器恒溫區(qū)；通入氮?dú)庵脫Q管內(nèi)的空氣，然 后反應(yīng)器升溫至600。C，并以200ml/min向反應(yīng)器通入氫氣，并保持2小時(shí)，之后關(guān)閉氫 氣，以480ml/min將體積比為7:l的氮?dú)馀c甲烷的混合氣通入反應(yīng)器，在600'C下進(jìn)行催化 裂解反應(yīng)0.5h，之后反應(yīng)器在氮?dú)夥諊吕渲潦覝?，制得產(chǎn)率為0.08%、平均粒徑為30nm 的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例2
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例1,不同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為lh，制得 產(chǎn)率為0.2%、平均粒徑為36nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例3
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例1,不同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為2h，制得
產(chǎn)率為0. 35%、平均粒徑為45nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例4
將六水硝酸鈷和鋁粉按質(zhì)量比為0.55:1的比例加入到去離子水中，配制成濃度為 O.lmol/L含有鋁粉的六水硝酸鈷溶液，向溶液中滴加氫氧化鈉使溶液呈中性并加以沉淀， 制得Co/Al質(zhì)量比為0.11:1的Co(OH)2/Al 二元膠體；以下步驟和條件與實(shí)施例1相同，制 得產(chǎn)率為0.9%、平均粒徑為35nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例5
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例4，不同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為lh，制得 產(chǎn)率為1.6%、平均粒徑為42nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例6
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例4，不同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為2h，制得 產(chǎn)率為3%、平均粒徑為50nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例7
將六水硝酸鈷和鋁粉按質(zhì)量比為1.23:1的比例加入到去離子水中，配制成濃度為 lmol/L含有鋁粉的六水硝酸鈷溶液，向溶液中滴加氫氧化鈉使溶液呈中性并加以沉淀，制 得Co/Al質(zhì)量比為0. 25:1的Co(0H)2/Al 二元膠體；以下步驟和條件與實(shí)施例1相同，不 同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為lh,制得產(chǎn)率為2.8%、平均粒徑為52nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例8
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例7，不同之處在于催化裂解反應(yīng)時(shí)間為2h,制得 產(chǎn)率為5.4%、平均粒徑為61nm的碳包覆鈷顆粒。 實(shí)施例9
本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程同實(shí)施例1，不同之處在于釆用體積比為7:1的氫氣與甲烷 的混合氣，制得產(chǎn)率為0.07%、平均粒徑為27nm的碳包覆鈷顆粒。
權(quán)利要求
1、一種以鈷/鋁催化劑化學(xué)氣相沉積碳包覆鈷納米顆粒的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程，1)沉積-沉淀法制備Co/Al催化劑前驅(qū)體將六水硝酸鈷和鋁粉按質(zhì)量比為(0.05-1.23)∶1的比例加入到去離子水中，配制成濃度為0.01-1mol/L含有鋁粉的六水硝酸鈷溶液，向溶液中滴加氫氧化鈉或氨水使溶液呈中性并加以沉淀，制得Co/Al質(zhì)量比為(0.01-0.25)∶1的Co(OH)2/Al二元膠體；將該Co(OH)2/Al二元膠體在150℃-300℃、氮?dú)夥諊旅撍⒃?50℃-500℃溫度下煅燒，得到Co/Al催化劑前驅(qū)體CoO/Al；2)化學(xué)氣相沉積法制備碳包覆鈷納米顆粒將步驟1)制得的Co/Al催化劑前驅(qū)體粉末鋪在石英舟中，再將石英舟置于反應(yīng)器恒溫區(qū)；通入氮?dú)庵脫Q空氣，然后反應(yīng)器升溫至400℃-650℃，并以25-400ml/min向反應(yīng)器通入氫氣，并保持0.5-6小時(shí)，之后關(guān)閉氫氣，以體積比為(1-12)∶1的氮?dú)馀c甲烷的混合氣，或是以體積比為(1-12)∶1的氫氣與甲烷的混合氣，或是以體積比為(1-12)∶1的氮?dú)夂蜌錃馀c甲烷的混合氣，以120-780ml/min混合氣通入反應(yīng)器，在400℃-650℃下進(jìn)行催化裂解反應(yīng)0.1h-6h，之后反應(yīng)器在氮?dú)夥諊吕渲潦覝?，制得粒徑?5-70nm的碳包覆鈷納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以鈷/鋁催化化學(xué)氣相沉積制備碳包覆鈷納米顆粒的方法。屬于碳包覆鈷納米顆粒制備技術(shù)。該方法過(guò)程包括以六水硝酸鈷和鋁粉為原料按一定質(zhì)量比采用沉積-沉淀法制備成Co/Al催化劑前驅(qū)體CoO/Al，利用該CoO/Al催化劑前驅(qū)體在反應(yīng)器中以氮?dú)饣驓錃夂图淄闉榉磻?yīng)氣采用化學(xué)氣相沉積法在一定溫度下制備碳包覆鈷納米顆粒。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所采用的Co/Al催化劑在制備過(guò)程中可對(duì)鈷含量進(jìn)行精確確定，從而能對(duì)碳包覆鈷納米顆粒的產(chǎn)率加以控制；在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中通過(guò)對(duì)反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳包覆鈷納米顆粒形態(tài)和尺寸的控制，因此，所制得的碳包覆鈷納米顆粒具有產(chǎn)物純度高、分散性好、尺寸均勻等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J21/02GK101104924SQ20071005862
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者師春生, 李家俊, 李海鵬, 杜希文, 趙乃勤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)