專利名稱：一種提高碳化物衍生碳結構有序性的方法
技術領域：
本發明屬于新型碳材料領域，特別涉及ー種碳材料的制備方法。
背景技術：
碳化物衍生碳(CDC)是通過對碳化物進行選擇性蝕刻，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 生碳在諸如儲氫、催化劑載體、分子篩、超級電容器等很多領域具有巨大的應用前景。眾所周知，材料的性能與其結構密切相關。對于CDC而言，其結構有序性對其性能有重要影響。引入活性金屬元素是調控碳化物衍生碳結構有序性的有效方法之一。例如，Ji-Hoon Jeong等人的研究發現,直接將金屬鐵粉末覆蓋在碳化娃塊體表面之后進行氯化處理，所獲碳化物衍生碳的結構有序性明顯提高。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行氯化處理，發現ニ價鈷，ニ價鎳，三價鐵同樣具有提高CDC結構有序性的作用。但是，上述方法均存在催化劑直接暴露在氯氣環境中，氯化處理期間消耗大、利用率較低的問題。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種エ藝簡單、能有效發揮金屬催化劑作用的提高碳化物衍生碳結構有序性的方法。本發明的方法主要是以碳化硅和活性金屬元素鐵為反應原料，對二者進行球磨混合處理，再對球磨混合后的反應原料進行鹵化反應。本發明的技術方案如下
(I)反應原料的球磨混合處理反應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量比為5 10:1，將上述兩種原料放入高能球磨機中進行球磨混合處理。球磨時的研磨體為氧化鋯陶瓷球，陶瓷球與上述原料粉體的質量比(即球料比)為5 7:1，球磨機的轉速為22(T260轉/分，球磨時間為8 12小吋。為防止球磨期間原料粉體發生團聚，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生破碎、焊合等過程，碳化硅粉體能夠對純鐵粉體形成一定程度的包裹保護作用。(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，時間為2 3小時；反應結束后再次通入氬氣，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構有序性的碳化物衍生碳。本發明與現有技術相比具有如下優點エ藝簡單，井能夠避免鐵在氯化制備衍生碳期間優先與氯氣反應發生流失，進而能更為有效發揮其催化作用，提高碳化物衍生碳結構有序性。


圖I是本發明實施例I所獲得碳化物衍生碳與未經球磨預處理所獲得的碳化物衍生碳對比XRD譜圖。圖2是本發明實施例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比XRD譜圖。圖3是本發明實施例3所獲得碳化物衍生碳的XRD譜圖。
具體實施例方式實施例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中進行球磨混合處理，同時加入20ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發生團聚，球磨機的轉速為260轉/分，球磨時間為12小時。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，時間為2小時；反應結束后再次通入氬氣，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構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相同的情況下，本實施例所獲得碳化物衍生碳的有序性明顯高于未經球磨預處理所獲得的碳化物衍生碳。實施例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中進行球磨混合處理，同時加入30ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發生團聚，球磨機的轉速為220轉/分，球磨時間為8小時。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，時間為3小時；反應結束后再次通入氬氣，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構有序性的碳化物衍生碳。如圖2所示，按照10:1的質量比對碳化硅粉體與純鐵粉體利用電磁攪拌器混合8小時之后，在高溫鹵化處理的工藝過程及參數相同的情況下，對所獲原料混合物實施碳化物衍生碳制備，所獲得的碳化物衍生碳與本實施例所獲得碳化物衍生碳相比，本實施例所獲得碳化物衍生碳的有序性明顯更高。實施例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中進行球磨混合處理，同時加入25ml乙醇作為分散劑，以防止球磨期間原料粉體發生團聚，球磨機的轉速為240轉/分，球磨時間為10小時。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，時間為2. 5小時；反應結束后再次通入氬氣，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構有序性的碳化物衍生碳。如圖3所示，本實施例所獲得碳化物衍 生碳的有序性更高。
權利要求
1. 一種提高碳化物衍生碳結構有序性的方法，其特征在于 (1)將反應原料碳化硅粉體和純鐵粉體按質量比5 10:1放入高能球磨機中進行球磨混合處理，研磨體為氧化鋯陶瓷球，其與上述原料粉體的質量比為5 7:1，同時加入乙醇作為分散劑，球磨機的轉速為22(Γ260轉/分，球磨時間為8 12小時； (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，時間為2 3小時；反應結束后再次通入氬氣，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構有序性的方法，主要是將反應原料碳化硅粉體與純鐵粉體按照5~10:1的質量比放入高能球磨機中進行球磨混合處理，球料比為5~7:1，球磨機的轉速為220~260轉/分，球磨時間為8~12小時；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，時間為2~3小時，反應結束后再次通入氬氣，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。本發明工藝簡便，效果顯著，能明顯提高碳化物衍生碳的結構有序性。
文檔編號C01B31/02GK102786044SQ20121022900
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者周海朝, 張瑞軍, 徐江, 王建新, 陳鵬 申請人:燕山大學