發(fā)布時(shí)間：2021-11-10 22:32

　　以乙酰丙酮鈷為原料,采用單步金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法,在600⁸00℃溫度下制備碳包覆鈷的核/殼結(jié)構(gòu)Co/C納米顆粒。利用X射線衍射、透射電鏡和Raman光譜儀等對(duì)合成產(chǎn)物的元素組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,研究合成溫度對(duì)產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響,分析Co/C核/殼納米顆粒的形成機(jī)理,并通過(guò)差式掃描量熱分析/熱重分析研究產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明,不同反應(yīng)溫度下的產(chǎn)物中,Co核的粒徑均在10⁶0 nm之間,C殼層的厚度在10²0 nm之間。隨合成溫度從600℃升至800℃,Co核由HCP和FCC的混合結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏腇CC結(jié)構(gòu),而C層的結(jié)晶度逐漸升高。核/殼結(jié)構(gòu)Co/C納米顆粒在空氣氣氛下從250℃開(kāi)始緩慢氧化,結(jié)晶度高的C殼層對(duì)Co核具有更好的保護(hù)作用。 

【文章來(lái)源】：粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2017,22(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

不同沉積溫度下沉積產(chǎn)物的XRD譜

粒徑分布在10~60nm之間，對(duì)200個(gè)顆粒的粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Co核的平均尺寸為35.8nm(見(jiàn)圖2(a)中的插圖)，與利用XRD譜和謝樂(lè)公式計(jì)算的31.8nm晶粒尺寸基本一致；從圖2(b)清晰地看出該顆粒的C殼層厚度約12nm，而大量的TEM分析表明C層厚度通常在10~20nm之間；圖2(c)顯示該產(chǎn)物中有C以及FCC-Co和HCP-Co，與圖1所示的分析結(jié)果一致。從圖2(e)可看出，700℃下合成的產(chǎn)物，其Co核的平均尺寸約為32.1nm，與用謝樂(lè)公式估算的結(jié)果也基本一致。800℃下合成產(chǎn)物的平均粒徑為33.4nm，但已無(wú)法探測(cè)到HCP-Co，與圖1的分析結(jié)果一致。圖3所示為不同溫度下合成的Co/C納米顆粒的Raman圖譜。從圖3可知，600℃下合成的Co/C顆粒的Raman光譜被波長(zhǎng)為514nm的激光所激發(fā)。位于1353cm1處的D峰對(duì)應(yīng)于碳材料中的晶格畸變或無(wú)序結(jié)構(gòu)。在1590cm1處的G峰則對(duì)應(yīng)于碳材料中的有序結(jié)構(gòu)。通常用G峰與D峰強(qiáng)度的比值，即IG/ID表示材料的完整性或有序度[25,31]。在600，700和800℃下合成Co/C顆粒的IG/ID值分別為1.30，1.36和1.52。此外，700和800℃合成的Co/C顆粒的G峰半高寬明顯小于600℃下合成的樣品，也表明C殼層的結(jié)晶程度隨沉積溫度升高而明顯提高[25,31]。根據(jù)上述結(jié)果與分析，以及采用類似方法合成的Cu/C[2427]，F(xiàn)e/C[28]和Ni/C[2930]核/殼納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，提出Co/C核/殼納米顆粒的形成過(guò)程：1)Co(acac)3在190℃的蒸發(fā)區(qū)發(fā)生升華而形成氣相前驅(qū)體；2)氣相前驅(qū)體在載氣H2的作用下被傳輸?shù)礁邷胤磻?yīng)區(qū)(600～800℃)，分解形成Co原子團(tuán)簇和含C圖3不同溫度下沉積的Co/C核/殼結(jié)構(gòu)的Raman圖譜Fig.3RamanpatternsoftheCo/Ccore/shellnanoparticlesatdifferenttemperatures的氣體；3)含C氣體在Co原子團(tuán)簇表面發(fā)生

ratures的氣體；3)含C氣體在Co原子團(tuán)簇表面發(fā)生催化裂解產(chǎn)生C原子，C原子吸附在Co原子團(tuán)簇表面形成Co/C原子團(tuán)簇；4)Co/C原子團(tuán)簇在高溫氣氛中由于相互碰撞而團(tuán)聚，并通過(guò)Co和C原子互擴(kuò)散而形成核殼結(jié)構(gòu)的Co/C納米顆粒，然后沉積在高溫區(qū)的石英基底上。由于高溫下FCC-Co為穩(wěn)定相而室溫下HCP-Co為穩(wěn)定相。因此，隨沉積溫度從600升至800℃，產(chǎn)物由HCP-Co和FCC-Co的混合物逐漸過(guò)渡到純FCC-Co。但由于相變溫度跟氣壓、晶粒尺寸以及表面的C等之間有復(fù)雜的依賴關(guān)系，因此嚴(yán)格的轉(zhuǎn)換溫度與塊體Co材料有所不同[3233]。圖4所示為核/殼Co/C納米顆粒的DCS/TG曲線。由圖可知，不同溫度下合成的Co/C顆粒均在250℃開(kāi)始緩慢氧化。600℃下合成的樣品在280℃處有明顯放熱，質(zhì)量明顯增加，表明該溫度下Co核開(kāi)始氧圖4不同溫度下合成的Co/C核/殼納米顆粒的DSC曲線(a)和TG曲線(b)Fig.4DSCcurves(a)andTGcurves(b)oftheCo/Ccore/shellnanoparticlespreparedatdifferenttemperatures

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu/C核/殼納米結(jié)構(gòu)的氣相合成、形成機(jī)理及其光學(xué)性能研究[J]. 黃小林,侯麗珍,喻博聞,陳國(guó)良,王世良,馬亮,劉新利,賀躍輝.  物理學(xué)報(bào). 2013(10)



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