[发明专利]碳包覆氧化铁纳米管的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明提供了一种碳包覆氧化铁纳米管的制备方法及其产品和应用，将可溶性铁盐、硫酸盐、磷酸二氢铵及蔗糖按一定浓度配置成溶液，磁力搅拌一定时间；将溶液转移至不锈钢反应釜，调节温度、压力，采用超临界法反应一定时间制备得到碳包覆氧化铁纳米管。制备方法简单，有效缩减了碳包覆工艺的流程，同时反应时间短，温度低，易于控制反应的进程。利用本发明方法高效、快捷地制备了碳包覆氧化铁纳米管，该材料具备独特的核壳结构及奇特的电学、磁学、光学和力学性能，因而有望广泛应用于催化剂、电池材料和电波屏蔽材料等领域。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体为一种碳包覆氧化铁纳米管的制备方法及其产品和应用。

背景技术

自1993年在电弧蒸发石墨烟灰中首次发现碳包覆纳米碳化镧的结构以来，碳包覆纳米材料以其独特的形态结构和性质已成为世界范围内科学工作者的研究热点之一，作为一种新型功能性复合材料，在许多领域有着广泛的应用前景。由于碳壳的存在，可避免环境对纳米材料的影响，同时有望提高某些材料与生物体之间的相容性，因而在医学方面具有广阔的应用前景。

目前，碳包覆纳米材料的主要制备方法有电弧放电法、化学气相沉积法、热解法、液相浸渍法和爆炸法等。以有机物为原料进行碳包覆处理，经历碳化过程。有机物在惰性气氛下加热到较高温度时，将发生一系列的化学反应，所含的H、O、N等元素含量不断减少，碳不断富集，最终形成纯碳。一般来讲，在生成低分子化合物（如CO、CO₂、H₂O、醇和少量焦油）的同时，还发生了芳构化和芳香环的缩合、聚合过程。这两类反应常相互重叠或交叉进行，其过程取决于原料的组成结构和环境条件。在碳包覆常用的温度范围（600~800℃）内，这些碳不会构成有序的石墨结构，通常以无定形形式存在。

水的临界温度是374.2 ℃，压强是22.12 MPa。当温度和压力均高于临界点，称为超临界条件。温度或压力有一者低于临界点，称为亚临界条件。与常态下的水相比，超临界水的性质变化巨大。在超临界水反应中，随着温度升高，水的介电常数与黏度降低，溶解性趋近于有机溶剂，而扩散系数、传质性趋近于高温气体。这种黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力的改变是超临界状态下的水成为良好的溶剂，能有效溶解有机物及气体等，使反应在均相中进行，提高反应的速率。

鉴于目前常用的碳包覆方法复杂，流程多，不利于广泛应用。有必要提出新技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的在于：提出一种碳包覆氧化铁纳米管的制备方法。

本发明再一目的在于：提供上述方法制备的碳包覆氧化铁纳米管产品。

本发明又一目的在于：提供上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：其具体步骤如下：一种碳包覆氧化铁纳米管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将可溶性铁盐、硫酸盐、磷酸二氢铵及蔗糖按一定浓度配置成溶液，磁力搅拌一定时间；

（2）将步骤（1）中溶液转移至不锈钢反应釜，调节温度、压力，采用超临界法反应一定时间制备得到碳包覆氧化铁纳米管。

本发明以超临界法一步制备得到碳包覆氧化铁纳米管，方法简单，有效缩减了碳包覆工艺的流程，同时反应时间短，温度低，易于控制反应的进程。

其中，步骤（1）中可溶性铁盐为氯化铁或硝酸铁，可溶性铁盐在溶液中的浓度为0.08~0.1 mol/L；硫酸盐为硫酸钠或硫酸钾，添加至溶液形成的浓度为6.0×10^-4~1.0×10^-3 mol/L；磷酸二氢铵添加至溶液中形成的浓度为6.0×10^-4~1.0×10^-3 mol/L；蔗糖添加至溶液的质量为铁盐的1%~5%，磁力搅拌速率为100~1000 rpm，搅拌时间为0.5~5小时。