專利名稱：一種提高碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型碳材料領(lǐng)域，特別涉及ー種碳材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳化物衍生碳(CDC)是通過對(duì)碳化物進(jìn)行選擇性蝕刻，除掉其中的金屬原子制備而成的ー種新型碳納米材料。研究表明碳化物衍 生碳在諸如儲(chǔ)氫、催化劑載體、分子篩、超級(jí)電容器等很多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。眾所周知，材料的性能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對(duì)于CDC而言，其結(jié)構(gòu)有序性對(duì)其性能有重要影響。引入活性金屬元素是調(diào)控碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性的有效方法之一。例如，Ji-Hoon Jeong等人的研究發(fā)現(xiàn),直接將金屬鐵粉末覆蓋在碳化娃塊體表面之后進(jìn)行氯化處理，所獲碳化物衍生碳的結(jié)構(gòu)有序性明顯提高。Maike Kaarika等將SiC粉末與作為催化劑的鈷、鎳、鐵的氯化物混合之后進(jìn)行氯化處理，發(fā)現(xiàn)ニ價(jià)鈷，ニ價(jià)鎳，三價(jià)鐵同樣具有提高CDC結(jié)構(gòu)有序性的作用。但是，上述方法均存在催化劑直接暴露在氯氣環(huán)境中，氯化處理期間消耗大、利用率較低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種エ藝簡單、能有效發(fā)揮金屬催化劑作用的提高碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性的方法。本發(fā)明的方法主要是以碳化硅和活性金屬元素鐵為反應(yīng)原料，對(duì)二者進(jìn)行球磨混合處理，再對(duì)球磨混合后的反應(yīng)原料進(jìn)行鹵化反應(yīng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
(I)反應(yīng)原料的球磨混合處理反應(yīng)原料為碳化硅粉體和純鐵粉體，按碳化硅粉體與純鐵粉體的質(zhì)量比為5 10:1，將上述兩種原料放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理。球磨時(shí)的研磨體為氧化鋯陶瓷球，陶瓷球與上述原料粉體的質(zhì)量比(即球料比)為5 7:1，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為22(T260轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為8 12小吋。為防止球磨期間原料粉體發(fā)生團(tuán)聚，選用こ醇作為分散劑。碳化硅粉體與純鐵粉體混合物在球磨混合期間發(fā)生破碎、焊合等過程，碳化硅粉體能夠?qū)冭F粉體形成一定程度的包裹保護(hù)作用。(2)碳化物衍生碳的制備將上述球磨混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至0. 05 IPa后通入氬氣，將管式爐升溫至800 1000で，再通入氯氣，流速為2(T30ml/min，時(shí)間為2 3小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，利用氬氣流的沖刷作用去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物，冷卻至室溫后即可獲得具有較高結(jié)構(gòu)有序性的碳化物衍生碳。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)エ藝簡單，井能夠避免鐵在氯化制備衍生碳期間優(yōu)先與氯氣反應(yīng)發(fā)生流失，進(jìn)而能更為有效發(fā)揮其催化作用，提高碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I所獲得碳化物衍生碳與未經(jīng)球磨預(yù)處理所獲得的碳化物衍生碳對(duì)比XRD譜圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所獲碳化物衍生碳與攪拌混入鐵粉所獲得的碳化物衍生碳對(duì)比XRD譜圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所獲得碳化物衍生碳的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
取純度為99. 5%、粒度為800目的碳化硅粉體5g以及純度為99. 0%、粒度為300目的鐵粉體lg，將上述兩種粉體和42g氧化鋯陶瓷球放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理，同時(shí)加入20ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發(fā)生團(tuán)聚，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為260轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為12小時(shí)。將上述球磨混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至IPa后通入氬氣，將管式爐升溫至800°C，再通入氯氣，流速為30ml/min，時(shí)間為2小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，利用氬氣流的沖刷作用去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物，冷卻至室溫后即可獲得具有較高結(jié)構(gòu)有序性的碳化物衍生碳。如圖I所示，在高溫鹵化處理的工藝過程及參數(shù)相同的情況下，本實(shí)施例所獲得碳化物衍生碳的有序性明顯高于未經(jīng)球磨預(yù)處理所獲得的碳化物衍生碳。實(shí)施例2
取純度為99. 5%、粒度為800目的碳化硅粉體IOg以及純度為99. 0%、粒度為300目的鐵粉體lg，將上述兩種粉體和55g氧化鋯陶瓷球放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理，同時(shí)加入30ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發(fā)生團(tuán)聚，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為220轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為8小時(shí)。將上述球磨混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至O. 05Pa后通入氬氣，將管式爐升溫至900°C，再通入氯氣，流速為20ml/min，時(shí)間為3小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，利用氬氣流的沖刷作用去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物，冷卻至室溫后即可獲得具有較高結(jié)構(gòu)有序性的碳化物衍生碳。如圖2所示，按照10:1的質(zhì)量比對(duì)碳化硅粉體與純鐵粉體利用電磁攪拌器混合8小時(shí)之后，在高溫鹵化處理的工藝過程及參數(shù)相同的情況下，對(duì)所獲原料混合物實(shí)施碳化物衍生碳制備，所獲得的碳化物衍生碳與本實(shí)施例所獲得碳化物衍生碳相比，本實(shí)施例所獲得碳化物衍生碳的有序性明顯更高。實(shí)施例3
取純度為99. 5%、粒度為800目的碳化硅粉體7g以及純度為99. 0%、粒度為300目的鐵粉體lg，將上述兩種粉體和48g氧化鋯陶瓷球放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理，同時(shí)加入25ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發(fā)生團(tuán)聚，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為240轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為10小時(shí)。將上述球磨混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至O. IPa后通入氬 氣，將管式爐升溫至1000°c，再通入氯氣，流速為25ml/min，時(shí)間為2. 5小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，利用氬氣流的沖刷作用去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物，冷卻至室溫后即可獲得具有較高結(jié)構(gòu)有序性的碳化物衍生碳。如圖3所示，本實(shí)施例所獲得碳化物衍 生碳的有序性更高。
權(quán)利要求
1. 一種提高碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性的方法，其特征在于 (1)將反應(yīng)原料碳化硅粉體和純鐵粉體按質(zhì)量比5 10:1放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理，研磨體為氧化鋯陶瓷球，其與上述原料粉體的質(zhì)量比為5 7:1，同時(shí)加入乙醇作為分散劑，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為22(Γ260轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為8 12小時(shí)； (2)將上述球磨混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至O.05^1Pa后通入氬氣，將管式爐升溫至80(Tl000°C，再通入氯氣，流速為2(T30ml/min，時(shí)間為2 3小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物后冷卻至室溫。
全文摘要
一種提高碳化物衍生碳結(jié)構(gòu)有序性的方法，主要是將反應(yīng)原料碳化硅粉體與純鐵粉體按照5~10:1的質(zhì)量比放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合處理，球料比為5~7:1，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為220~260轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為8~12小時(shí)；然后將上述混合后的原料粉體放入熔融石英管式爐中，抽真空至0.05~1Pa后，通入氬氣，將管式爐升溫至800~1000℃，再通入氯氣，流速為20~30ml/min，時(shí)間為2~3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后再次通入氬氣，利用氬氣流的沖刷作用去除碳化硅粉體表面殘留的四氯化硅等氯化物，冷卻至室溫。本發(fā)明工藝簡便，效果顯著，能明顯提高碳化物衍生碳的結(jié)構(gòu)有序性。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102786044SQ20121022900
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者周海朝, 張瑞軍, 徐江, 王建新, 陳鵬 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)