專利名稱：石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料，本發(fā)明也涉及一種符合材料的制備方法。具體涉
及一種石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料及其制備方法
背景技術(shù)：
碳包覆鐵磁性金屬納米粒子是指以鐵、鈷、鎳等磁性金屬納米粒子為核心，外面包 覆同心層狀石墨結(jié)構(gòu)而形成的一種具有納米膠囊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。由于在金屬納米粒子外 面包覆了碳層，因此在空氣中長期穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，解決了納米金屬在空氣中容易氧化而 不穩(wěn)定的問題。在磁密封流體，磁性墨水以及磁分離催化劑、電磁屏蔽以及吸波等領(lǐng)域具有 廣泛的應(yīng)用。 碳包覆鐵磁性納米金屬的制備方法， 一般有電弧放電法，化學(xué)氣相沉積法，熱解 法、液相浸漬碳化法和爆炸法等。目前，化學(xué)氣相沉積法以其設(shè)備簡單、操作方便、成本低而 被廣泛用于碳包覆金屬納米材料的制備。該法是在反應(yīng)室中，將待包覆的納米金屬或其化 合物顆粒均勻分散于基板上，在一定的溫度下通入碳源，后者在金屬顆粒的催化作用下發(fā) 生熱解反應(yīng)并沉積成碳形成包覆結(jié)構(gòu)。例如雷中興等以溶膠一凝膠超臨界干燥技術(shù)合成的 含F(xiàn)e、Co雙金屬的Si02納米氣凝膠為催化劑，采用CVD法高溫氣相催化裂解甲烷合成了碳 包覆鐵鈷的C-(Fe-Co)/Si02納米復(fù)合材料[雷中興，劉靜，李軒科等.CVD法制備的碳包覆 (Fe，Co)納米粒子的結(jié)構(gòu)及電磁特性.磁性材料及器件，2003,34(4) :4_6.]。
石墨烯(gr即hene)是近些年新發(fā)現(xiàn)的由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格 結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能和高的比表面積，可望在 高性能電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、環(huán)保、催化劑載體以及電子屏蔽等領(lǐng)域獲得廣泛 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良的磁性能和良好的導(dǎo)電性，能在磁分離催化 劑、污水處理、電磁屏蔽以及吸波等領(lǐng)域應(yīng)用的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料。 本發(fā)明的目的還在于提供一種石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料由石墨烯材料以及均勻負(fù)載 在石墨烯材料表面的碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒組成，所述石墨烯材料由單層石墨組成且 厚度小于50nm，所述碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒直徑為2 100nm，所述鐵磁性金屬為鐵、 鈷、鎳中的任意一種或兩種以上的任意比例混合，金屬與碳的重量比為1 20 : 1。
本發(fā)明的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法為
將濃度為0. 1 10mg/mL的氧化石墨溶液超聲分散0. 5 5h制備氧化石墨烯分 散液，然后按鐵磁性金屬的可溶性鹽與氧化石墨重量比為0. 1 100 : 1將濃度為0. 1 5mol/L的鐵磁性金屬鹽溶液加入氧化石墨烯分散液中，攪拌0. 5 10h，然后將沉淀劑按其與過渡金屬可溶性鹽的摩爾比為1 20 : 1配成濃度為0. 1 5mol/L的溶液，并將其以 1 10mL/min的速率加入到上述溶有鐵磁性金屬可溶鹽的氧化石墨分散液中，劇烈攪拌下 在0 IO(TC反應(yīng)0. 5 10h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干燥后即制得制得復(fù)合粉體，將其氮?dú)饣?氬氣氛下以5 50°C /min的速率升溫至500 800°C ，然后通入流速為10 100mL/min 的氫氣和碳源氣體混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積1 60min，然后在氮?dú)饣驓鍤夥障聦⒎磻?yīng)降 至室溫，取出復(fù)合粉體，即得石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料。
所述的鐵磁性金屬為鐵、鈷、鎳中的任意一種或兩種以上的任意組合。
所述的鐵磁性金屬可溶性鹽為硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硫酸鹽其中的任意一種。
所述的沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水中的任意一 種。 所述的碳源氣體為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯中的任意一種。
所述的氫氣和碳源氣體的比例為0. 1 10 : 1。 本發(fā)明以石墨烯材料為載體，將磁性納米金屬前驅(qū)體均勻負(fù)載在其表面，然后通 過化學(xué)氣相沉積法制備了均勻分散在石墨烯表面的碳包覆鐵磁性納米金屬粒子，使其同時 具有優(yōu)良的磁性能和良好的導(dǎo)電性，可望在磁分離催化劑、污水處理、電磁屏蔽以及吸波等 領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明所制備的石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料同時具有優(yōu)良的導(dǎo)電
性和磁性能，因此在磁分離催化劑、污水處理、電磁屏蔽以及吸波等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前
旦 豕。


圖1為實(shí)施例3的石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料電子透射電鏡照片。
圖2為實(shí)施例3的石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料XRD譜圖。
圖3為各實(shí)施例的測試結(jié)果表1。
具體實(shí)施方式

下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例1 將100mL濃度為0. lmg/mL的氧化石墨溶液超聲分散5h制備氧化石墨烯分散液， 然后按Fe (N03) 2與氧化石墨重量比為0. 1 : 1的比例將濃度為0. lmol/L的Fe (N03) 2溶液加 入氧化石墨烯分散液中，攪拌0.5h，然后將沉淀劑碳酸鈉按其與Fe(N0》2的摩爾比為l : 1 配成濃度為0. lmol/L的溶液，并將其以lmL/min的速率加入到上述溶有Fe(N03)2的氧化 石墨分散液中，劇烈攪拌下在ot:反應(yīng)o. 5h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干燥后即制得催化劑復(fù)合 粉體。然后將所制備的粉體于氮?dú)夥障乱?°C /min的速率升溫至60(TC，然后通入流速為 10mL/min的氫氣和一氧化碳混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積lmin，即得所需的石墨烯/碳包覆鐵 磁性納米金屬復(fù)合材料。其中氫氣與一氧化碳的體積比為O. 1 : 1，具體性能見圖3。
實(shí)施例2 將100mL濃度為10mg/mL的氧化石墨溶液超聲分散5h制備氧化石墨烯分散液，然 后按CoCl2與氧化石墨重量比為100 : 1的比例將濃度為5mol/L的CoCl2鹽溶液加入氧化 石墨烯分散液中，攪拌10h，然后將沉淀劑尿素按其與CoCl2的摩爾比為20 : l配成濃度為
45mol/L的溶液，并將其以10mL/min的速率加入到上述溶有CoCl2的氧化石墨分散液中，劇 烈攪拌下在IO(TC反應(yīng)10h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干燥后即制得催化劑復(fù)合粉體。然后將所制 備的粉體于氬氣氛下以10°C /min的速率升溫至50(TC，然后通入流速為100mL/min的氫氣 和甲烷混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積60min，即得所需的石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合 材料。其中氫氣與甲烷的體積比為10 : 1，具體性能見圖3。
實(shí)施例3 將lOOmL濃度為lmg/mL的氧化石墨溶液超聲分散2h制備氧化石墨烯分散液，然 后按Ni (CH3COO)2與氧化石墨重量比為20 : 1的比例將濃度為lmol/L的Ni (CH3C00)2鹽 溶液加入氧化石墨烯分散液中，攪拌2h，然后將沉淀劑氨水按其與Ni (CH3C00)2的摩爾比為 10 : 1配成濃度為2mol/L的溶液，并將其以5mL/min的速率加入到上述溶有Ni (CH3C00)2 的氧化石墨分散液中，劇烈攪拌下在2(TC反應(yīng)3h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干燥后即制得催化劑 復(fù)合粉體。然后將所制備的粉體于氬氣氛下以30°C /min的速率升溫至80(TC，通入流速為 50mL/min的氫氣和乙烯混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積lmin，即得所需的石墨烯/碳包覆鐵磁性 納米金屬復(fù)合材料。其中氫氣與乙烯的體積比為O. 1 : 1，具體性能見圖3。
實(shí)施例4 將100mL濃度為2mg/mL的氧化石墨溶液超聲分散3h制備氧化石墨烯分散液，然 后按Ni (N03) 2和Co (N03) 2與氧化石墨重量比為40 : 1的比例將濃度為2mol/L的Ni (N03) 2 和Co (N03) 2的混合鹽溶液加入氧化石墨烯分散液中，攪拌2h，其中Ni (N03) 2與Co (N03) 2的 摩爾比為l : 1。然后將沉淀劑氫氧化鈉按其與附(冊3)2和&)(冊3)2的混合鹽的摩爾比 為2 : 1配成濃度為lmol/L的溶液，并將其以5mL/min的速率加入到上述溶有Ni (N03)2和 Co(N03)2的混合鹽的氧化石墨分散液中，劇烈攪拌下在3(TC反應(yīng)4h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干 燥后即制得催化劑復(fù)合粉體。然后將所制備的粉體于氬氣氛下以20°C /min的速率升溫至 60(TC，通入流速為50mL/min的氫氣和乙炔混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積20min，即得所需的石 墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料。其中氫氣與乙炔的體積比為l : l，具體性能見圖 3。 實(shí)施例5 將lOOmL濃度為5mg/mL的氧化石墨溶液超聲分散0. 5h制備氧化石墨烯分散液， 然后按Ni(N0》2和Fe(N03)2與氧化石墨重量比為10 : 1的比例將濃度為lmol/L的Ni(N03)2 和Fe (N03) 2的混合鹽溶液加入氧化石墨烯分散液中，攪拌4h，其中Ni (N03) 2與Fe (N03) 2的 摩爾比為2 : 1。然后將沉淀劑氫氧化鉀按其與Ni(NO^和Fe(N0^的混合鹽的摩爾比 為2 : 1配成濃度為2mol/L的溶液，并將其以5mL/min的速率加入到上述溶有Ni (N03)2和 Fe(N03)2的混合鹽的氧化石墨分散液中，劇烈攪拌下在3(TC反應(yīng)5h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干 燥后即制得催化劑復(fù)合粉體。然后將所制備的粉體于氬氣氛下以50°C /min的速率升溫至 70(TC，通入流速為70mL/min的氫氣和乙烯混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積30min，即得所需的石 墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料。其中氫氣與乙烯的體積比為0. 1 : l，具體性能見 圖3。
權(quán)利要求
一種石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料，其特征是由石墨烯材料以及均勻負(fù)載在石墨烯材料表面的碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒組成，所述石墨烯材料由單層石墨組成且厚度小于50nm，所述碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒直徑為2～100nm，所述鐵磁性金屬為鐵、鈷、鎳中的任意一種或兩種以上的任意比例混合，金屬與碳的重量比為1～20∶1。
2. —種石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征是 將濃度為0. 1 10mg/mL的氧化石墨溶液超聲分散0. 5 5h制備氧化石墨烯分散液，然后按鐵磁性金屬的可溶性鹽與氧化石墨重量比為0. 1 100 : 1將濃度為0. 1 5mo1/ L的鐵磁性金屬鹽溶液加入氧化石墨烯分散液中，攪拌0. 5 10h，然后將沉淀劑按其與過 渡金屬可溶性鹽的摩爾比為1 20 : 1配成濃度為0. 1 5mol/L的溶液，并將其以1 10mL/min的速率加入到上述溶有鐵磁性金屬可溶鹽的氧化石墨分散液中，劇烈攪拌下在 0 10(TC反應(yīng)0.5 10h，經(jīng)抽濾、充分洗滌、干燥后即制得制得復(fù)合粉體，將其氮?dú)饣驓鍤?氛下以5 50°C /min的速率升溫至500 800°C ，然后通入流速為10 100mL/min的氫 氣和碳源氣體混合氣進(jìn)行化學(xué)氣相沉積1 60min，然后在氮?dú)饣驓鍤夥障聦⒎磻?yīng)降至室 溫，取出復(fù)合粉體，即得石墨烯/碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的鐵磁性金屬為鐵、鈷、鎳中的任意一種或兩種以上的任意組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的鐵磁性金屬可溶性鹽為硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硫酸鹽其中的任意一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特 征是所述的沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水中的任意一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征是所述的碳源氣體為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯中的任意一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征是所述的氫氣和碳源氣體的比例為o. i io : i。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種石墨烯與碳包覆鐵磁性納米金屬復(fù)合材料及其制備方法。由石墨烯材料以及均勻負(fù)載在石墨烯材料表面的碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒組成，所述石墨烯材料由單層石墨組成且厚度小于50nm，所述碳包覆鐵磁性納米金屬顆粒直徑為2～100nm，所述鐵磁性金屬為鐵、鈷、鎳中的任意一種或兩種以上的任意比例混合，金屬與碳的重量比為1～20∶1。本發(fā)明以石墨烯材料為載體，將磁性納米金屬前驅(qū)體均勻負(fù)載在其表面，然后通過化學(xué)氣相沉積法制備了均勻分散在石墨烯表面的碳包覆鐵磁性納米金屬粒子，使其同時具有優(yōu)良的磁性能和良好的導(dǎo)電性，可望在磁分離催化劑、污水處理、電磁屏蔽以及吸波等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B31/00GK101710512SQ20091007323
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者范壯軍, 魏彤 申請人:哈爾濱工程大學(xué)