碳包覆磁性纳米颗粒的宏量制备技术

碳包覆磁性纳米颗粒的宏量制备技术

一、项目简介

碳包覆磁性纳米颗粒是将碳材料与磁性材料在纳米尺度上进行结合。这种复合材料发挥了内外两种材料的协同效能，不仅拥有碳材料良好的导电性、化学稳定性、生物相容性，也同时具有磁性纳米颗粒自身的电学、光学、磁学等性能。围绕新型碳材料研究与应用为背景，一直致力于开发合成微纳米碳材料的新途径。首次通过二茂铁与氯化铵在空气中低温反应（200°C）合成出非晶态碳纳米管，该方法突破了在保护气氛下合成碳材料的常规思想，首次在低温空气反应环境中通过氧化作用合成碳材料，并且具有成本低、易操作、反应时间短、无污染等特点，因此具有重要的科学意义和工程应用价值，而且这种低温制备方法在新型碳材料领域具有很强的扩展性，在此实验的基础上，将这个反应移入到多元醇中进行，发现可以在空气气氛中成功合成形态均匀，具有高比表面积的纳米碳颗粒。

二、技术创新点

1.根据多年实验积累，提出一种二茂铁亲电氧化反应低温合成碳材料的新原理。该原理突破了需要惰性气氛保护合成碳材料的常规思想，建立了一种氧化合成碳材料的新概念；

2.本项目不仅是制备碳材料，而是提出一种低温一步原位合成核壳结构碳包覆纳米颗粒的普适性方法。通过二茂铁、亲电试剂、氧化剂的选择与工艺控制，制备的内核可以为不同种类的磁性纳米颗粒，外壳为易石墨化碳，产物形态均匀，副产物少。初步提出了二茂铁中配位体与金属原子的π键交互作用，促使脱氢炭化后的配位体自组装有序排列，低温形成易石墨化碳的新机制；

3.碳包覆磁性纳米颗粒（主要包括碳包覆Fe7S8，Fe3O4）的制备在密闭容器中进行，对反应气氛没有要求，反应温度仅为200oC左右，时间短，产率高，易于放大产量，可以说是目前制备碳包覆磁性纳米颗粒的最简单工艺之一。以碳包覆Fe7S8纳米颗粒为例，实验室单次产量已达100克以上，作为锂离子电池负极材料，在电流为2200mA/g，50周循环后容量仍保持为539mAh/g，具有一定的实用价值，已申请发明专利。

三、专利发明

1. 一种碳包覆磁性纳米球形铁硫化物的制备方法，

   专利号：ZL 201210163390.5 （授权）

2. 一种碳包覆不同种类纳米颗粒的低温氧化制备方法，

   申请号： 201410031492.0 （公开）

3. 一种大比表面积纳米碳的制备方法，

   专利号：ZL 200910196062.3（授权）

四、应用领域

碳包覆磁性纳米颗粒的这种产品，属于纳米新材料领域，相对于传统的微米材料，其性能更加优越，是一种高端产品。在锂离子电池、环境净化、磁流体、磁共振成像、电磁屏蔽、磁记录材料、催化剂和生物医学等领域有着广阔的应用前景。但目前为止，国际国内都没有此类产品的供应商，所以本产品的开发具有重要的商业价值。