[发明专利]一种碳包覆镍纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆镍纳米颗粒，该纳米颗粒含有金属态镍以及包覆在所述金属态镍的至少部分表面的碳包覆层，该纳米颗粒的X射线衍射图谱中，分别在2θ为22°至27°、2θ为43°至45°、2θ为46°至49°、2θ为50°至54°以及2θ为75°至80°存在衍射峰。本发明还公开了一种碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，该方法包括将吡啶二羧酸与水溶性镍盐配位形成的前驱体在非活性气氛中进行热解。本发明的方法在将吡啶二羧酸与镍盐进行配位制备前驱体时，可以直接以水作为分散剂，无需采用有机溶剂，不仅绿色环保，而且极大地降低了生产成本；同时制备的碳包覆镍纳米颗粒的分散性好，尺寸均一。

技术领域

本发明涉及一种碳包覆镍纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

镍作为一种磁性金属，具有特殊的光学、电学和磁性性能，并且还具有良好的催化性能。镍金属纳米材料具有区别于常规尺寸材料的一些特殊的物理化学特性，包括表面效应、介电限域、量子尺寸、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等。但是，镍金属纳米颗粒活性高，容易发生团聚或被氧化甚至在空气中燃烧，大大影响了这类材料的性能及其应用。

近年来，随着纳米碳材料的研究热潮与进展，纳米碳包覆金属复合材料成为了纳米碳与金属复合材料的研究热点之一。这类材料由单层至数层弯曲石墨片层为壳紧密包裹核层金属纳米粒子，将纳米粒子与外界进行物理隔绝，大大提高了这类材料的稳定性。同时，由于电子穿透效应又实现了核层金属纳米材料与外界的化学接触。因此，这种独特的核壳结构纳米材料在电催化、吸波材料、润滑油添加剂等领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种碳包覆镍纳米颗粒，该纳米颗粒具有面心立方晶格结构(fcc)和少量的六方紧密晶格结构(hcp)的两种形态的金属镍。

本发明的目的之二在于提供一种碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，该方法采用吡啶二羧酸与镍盐配位形成前驱体进行热解而制备碳包覆镍纳米颗粒，在制备前驱体时可以仅以水作为分散剂而不采用有机溶剂。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种碳包覆镍纳米颗粒，该纳米颗粒含有金属态镍以及包覆在所述金属态镍的至少部分表面的碳包覆层，该纳米颗粒的X射线衍射图谱中，分别在2θ为22°至27°、2θ为43°至45°、2θ为46°至49°、2θ为50°至54°以及2θ为75°至80°存在衍射峰。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，该方法包括将吡啶二羧酸与水溶性镍盐配位形成的前驱体在非活性气氛中进行热解。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了由本发明第二个方面所述的方法制备的碳包覆镍纳米颗粒。

根据本发明的碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，采用吡啶二羧酸作为配体与镍盐形成前驱体，在将吡啶二羧酸与镍盐进行配位制备前驱体时，可以直接以水作为分散剂，无需采用有机溶剂，不仅绿色环保，而且极大地降低了生产成本。

根据本发明的碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，制备的碳包覆镍纳米颗粒的分散性好，尺寸均一。根据本发明的碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，可以对制备的碳包覆镍纳米颗粒中金属镍的晶格形态进行调整，得到金属镍为面心立方晶格结构(fcc)的纳米颗粒，或者具有面心立方晶格结构(fcc)和少量的六方紧密晶格结构(hcp)的两种形态的金属镍的纳米颗粒。

根据本发明的碳包覆镍纳米颗粒的制备方法，利用含C、N和O的吡啶二羧酸作为配体对Ni²⁺进行配位，吡啶二羧酸在高温条件下碳化起到碳还原剂作用将Ni²⁺进行还原成Ni⁰⁺，同时作为氧源和氮源对制备的碳层进行原位氧掺杂和氮掺杂。因此，制备过程中无需再通入氢气等可燃性还原气体，或者CH₄、C₂H₄等可燃性气体，也无需通入NH₃等刺激性气体作为氮源。

附图说明