专利名称：以钴/铝催化化学气相沉积制备碳包覆钴纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种以钴/铝催化化学气相沉积制备碳包覆钴纳米颗粒的方法。属于碳包覆 钴纳米颗粒制备技术。
背景技术：
碳包覆钴纳米颗粒是一种新型纳米碳/钴复合材料，其中多层石墨片层紧密环绕钴纳米 颗粒有序排列形成类洋葱结构，钴纳米粒子处于碳包覆层的核心。碳包覆钴纳米颗粒避免 了环境对钴纳米颗粒的影响，保持了钴纳米颗粒的稳定性，提高了钴纳米颗粒的生物相容
性，可用作电波屏蔽材料、磁记录材料、电池负极材料、核废料处理材料、k细陶瓷材料 和抗菌材料等。目前，制备碳包覆钴纳米颗粒的方法主要有电弧放电法、热解法、液相浸 渍法和爆炸法等，但上述方法在制备碳包覆钴纳米颗粒的过程中存在所需温度高、能量大、 工艺复杂、可控性差等问题。
发明内容
本发明旨在提供一种以钴/铝催化化学气相沉积制备碳包覆钴纳米颗粒的方法，该方法 过程简单，所制得的碳包覆钴纳米颗粒纯度高、分散性好、颗粒尺寸均匀。
本发明是通过以下技术方案加以实现的 一种以钴/铝催化剂化学气相沉积碳包覆钴纳 米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下过程， 1 )沉积-沉淀法制备Co/Al催化剂前驱体
将六水硝酸钴和铝粉按质量比为(0.05-1.23) :1的比例加入到去离子水中，配制成浓 度为0.01-lmol/L含有铝粉的六水硝酸钴溶液，向溶液中滴加氢氧化钠或氨水使溶液呈中性 并加以沉淀，制得Co/Al质量比为(0.01-0.25): 1的Co(OH)2/Al 二元胶体；将该Co(OH)2/Al 二元胶体在150°C-300°C、氮气氛围下脱水，并在350'C-500'C温度下煅烧，得到Co/Al催 化剂前驱体CoO/Al。
2)化学气相沉积法制备碳包覆钴纳米颗粒
将步骤1)制得的Co/Al催化剂前驱体粉末铺在石英舟中，再将石英舟置于反应器恒温 区；通入氮气置换空气，然后反应器升温至40CTC-650'C,并以25-400ml/min向反应器通 入氢气，并保持0.5-6小时，之后关闭氢气，以体积比为(1-12) :1的氮气与甲垸的混合气， 或是以体积比为(1-12) :1的氢气与甲烷的混合气，或是以体积比为(1-12) :1的氮气和
氢气与甲垸的混合气，以120-780ml/min混合气通入反应器，在400'C-65(TC下进行催化裂 解反应0.1h-6h,之后反应器在氮气氛围下冷至室温，制得粒径为25-70nm的碳包覆钴纳米 颗粒。
本发明具有以下优点所采用的Co/Al催化剂在制备过程中可对钴含量进行精确确定， 从而能对碳包覆钴纳米颗粒的产率加以控制；在化学气相沉积过程中通过对反应参数进行 调节，从而可以实现对碳包覆钴纳米颗粒形态和尺寸的控制，因此，采用本发明制备碳包 覆钴纳米颗粒具有产物纯度高、分散性好、尺寸均匀等特点。另外，本发明工艺过程简单。
图1为本发明实例2所制得的碳包覆钴纳米颗粒的TEM图。 图2为本发明实例2所制得的碳包覆钴纳米颗粒的HRTEM图。 图中所显示的中心黑色区域为钴纳米颗粒，其外侧包覆的层状区域为碳层。
具体实施例方式
下面结合实施例详细说明本发明，这些实施例只用于说明本发明，并不限制本发明。 使用原料六水硝酸钴，市售，纯度>96%;铝粉，市售，400目。 实施例1
将六水硝酸钴和铝粉按质量比为0.05:1的比例加入到去离子水中，配制成浓度为 0.01mol/L含有铝粉的六水硝酸钴溶液，向溶液中滴加氢氧化钠使溶液呈中性并加以沉淀， 制得Co/Al质量比为0.01:1的Co(OH)2/Al 二元胶体；将该二元胶体在240°C、氮气氛围下 脱水，并在400。C温度下煅烧，得到Co/Al催化剂前驱体CoO/Al;将所得的Co/Al催化剂 前驱体粉末铺在石英舟中，再将石英舟置于反应器恒温区；通入氮气置换管内的空气，然 后反应器升温至600。C，并以200ml/min向反应器通入氢气，并保持2小时，之后关闭氢 气，以480ml/min将体积比为7:l的氮气与甲烷的混合气通入反应器，在600'C下进行催化 裂解反应0.5h，之后反应器在氮气氛围下冷至室温，制得产率为0.08%、平均粒径为30nm 的碳包覆钴颗粒。 实施例2
本实施例的实验条件和过程同实施例1,不同之处在于催化裂解反应时间为lh，制得 产率为0.2%、平均粒径为36nm的碳包覆钴颗粒。 实施例3
本实施例的实验条件和过程同实施例1,不同之处在于催化裂解反应时间为2h，制得
产率为0. 35%、平均粒径为45nm的碳包覆钴颗粒。 实施例4
将六水硝酸钴和铝粉按质量比为0.55:1的比例加入到去离子水中，配制成浓度为 O.lmol/L含有铝粉的六水硝酸钴溶液，向溶液中滴加氢氧化钠使溶液呈中性并加以沉淀， 制得Co/Al质量比为0.11:1的Co(OH)2/Al 二元胶体；以下步骤和条件与实施例1相同，制 得产率为0.9%、平均粒径为35nm的碳包覆钴颗粒。 实施例5
本实施例的实验条件和过程同实施例4，不同之处在于催化裂解反应时间为lh，制得 产率为1.6%、平均粒径为42nm的碳包覆钴颗粒。 实施例6
本实施例的实验条件和过程同实施例4，不同之处在于催化裂解反应时间为2h，制得 产率为3%、平均粒径为50nm的碳包覆钴颗粒。 实施例7
将六水硝酸钴和铝粉按质量比为1.23:1的比例加入到去离子水中，配制成浓度为 lmol/L含有铝粉的六水硝酸钴溶液，向溶液中滴加氢氧化钠使溶液呈中性并加以沉淀，制 得Co/Al质量比为0. 25:1的Co(0H)2/Al 二元胶体；以下步骤和条件与实施例1相同，不 同之处在于催化裂解反应时间为lh,制得产率为2.8%、平均粒径为52nm的碳包覆钴颗粒。 实施例8
本实施例的实验条件和过程同实施例7，不同之处在于催化裂解反应时间为2h,制得 产率为5.4%、平均粒径为61nm的碳包覆钴颗粒。 实施例9
本实施例的实验条件和过程同实施例1，不同之处在于釆用体积比为7:1的氢气与甲烷 的混合气，制得产率为0.07%、平均粒径为27nm的碳包覆钴颗粒。
权利要求
1、一种以钴/铝催化剂化学气相沉积碳包覆钴纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下过程，1)沉积-沉淀法制备Co/Al催化剂前驱体将六水硝酸钴和铝粉按质量比为(0.05-1.23)∶1的比例加入到去离子水中，配制成浓度为0.01-1mol/L含有铝粉的六水硝酸钴溶液，向溶液中滴加氢氧化钠或氨水使溶液呈中性并加以沉淀，制得Co/Al质量比为(0.01-0.25)∶1的Co(OH)2/Al二元胶体；将该Co(OH)2/Al二元胶体在150℃-300℃、氮气氛围下脱水，并在350℃-500℃温度下煅烧，得到Co/Al催化剂前驱体CoO/Al；2)化学气相沉积法制备碳包覆钴纳米颗粒将步骤1)制得的Co/Al催化剂前驱体粉末铺在石英舟中，再将石英舟置于反应器恒温区；通入氮气置换空气，然后反应器升温至400℃-650℃，并以25-400ml/min向反应器通入氢气，并保持0.5-6小时，之后关闭氢气，以体积比为(1-12)∶1的氮气与甲烷的混合气，或是以体积比为(1-12)∶1的氢气与甲烷的混合气，或是以体积比为(1-12)∶1的氮气和氢气与甲烷的混合气，以120-780ml/min混合气通入反应器，在400℃-650℃下进行催化裂解反应0.1h-6h，之后反应器在氮气氛围下冷至室温，制得粒径为25-70nm的碳包覆钴纳米颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种以钴/铝催化化学气相沉积制备碳包覆钴纳米颗粒的方法。属于碳包覆钴纳米颗粒制备技术。该方法过程包括以六水硝酸钴和铝粉为原料按一定质量比采用沉积-沉淀法制备成Co/Al催化剂前驱体CoO/Al，利用该CoO/Al催化剂前驱体在反应器中以氮气或氢气和甲烷为反应气采用化学气相沉积法在一定温度下制备碳包覆钴纳米颗粒。本发明的优点在于所采用的Co/Al催化剂在制备过程中可对钴含量进行精确确定，从而能对碳包覆钴纳米颗粒的产率加以控制；在化学气相沉积过程中通过对反应参数进行调节，实现对碳包覆钴纳米颗粒形态和尺寸的控制，因此，所制得的碳包覆钴纳米颗粒具有产物纯度高、分散性好、尺寸均匀等特点。
文档编号B01J21/02GK101104924SQ20071005862
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者师春生, 李家俊, 李海鹏, 杜希文, 赵乃勤 申请人:天津大学