五羰基铁气相爆轰合成碳纳米材料研究

摘要

本文使用气相爆轰法，以乙炔气体、氧气和九羰基二铁为原料成功的合成了两种具有特殊结构的碳纳米材料，并对这两种材料的各种性质进行了研究及表征。 首先，本文通过C-J理论，Z-N-D模型以及热力学定律等对爆轰反应中的参数进行了理论计算。然后对实验进行了氧平衡分析和爆炸浓度极限分析，从理论上分析了气相爆轰合成碳纳米材料的可行性。并对九羰基二铁的热分解反应做了详细的实验研究，通过计算得到了在实验所需的条件下九羰基二铁的分解方式，为后续实验奠定了基础。 本文利用气相爆轰管和自制的五羰基铁反应器，以乙炔、氧气和九羰基二铁进行了多组不同比例、不同浓度的实验，成功制备了纳米材料，并利用各种先进的现代化仪器对产物进行了分析和表征。通过分析可知，产物主要分为两种：①粒径约为5nm的碳包铁纳米颗粒；②纳米碳胶囊结构。影响产物种类的主要变量是n(Fe2(CO)9)/n(C2H2)，当n(Fe2(CO)9)/n(C2H2)≥40%时，产物几乎都是①，当n(Fe2(CO)9)/n(C2H2)≈1%时，产物几乎都是②。 通过分析可知，产物①碳包铁纳米颗粒平均粒径为4.5nm，由碳、α-Fe和γ-Fe组成，具有一定的吸波性能；经过673K热处理后，碳壳结构未受影响，但γ-Fe转变为α-Fe，饱和磁化强度有大幅度提高，在300K表现出良好的顺磁性。产物②纳米碳胶囊结构为为具有石墨化倾向的无定形碳，比表面积较大，孔结构主要为颗粒堆积而形成的狭缝孔，具有较强的吸附能力。

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