几种常见碳包覆策略案例.ppt

碳包覆策略 在新能源材料领域，碳包覆是最常见的一种材料改性方法。对材料进行碳包覆，一方面可以改善材料的电导率，另一方面可以提供稳定的化学和电化学反应界面。因此，如何实现有效的碳包覆就显得特别重要。 引言 聚多巴胺包覆法 一、物性介绍 二、优劣对比 三、特别注意 多巴胺（Dopamine）是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。2007年，Messersmith在Science上发表文章，发现多巴胺（DA）在弱碱性条件（pH8.5）下接触空气时，可在几乎任何固体表面聚合并形成聚多巴胺（PDA）纳米薄膜。因此，对可以采用PDA来对材料进行包覆，然后对PDA包覆后的材料在惰性气氛下进行煅烧即可得到碳包覆的材料。 优势：几乎能在任何材料的表面进行自聚集，从而可用于包覆绝大部分材料；碳层是N掺杂的碳。 劣势：包覆的环境是弱碱性（pH=8.5）；碳层厚度在20-40nm；价格较高，不适于大规模生产。 多巴胺最常被使用的形式为盐酸盐，为白色或类白色有光泽的结晶。无臭，味微苦。露置空气中及遇光色渐变深。在水中易溶，在无水乙醇中微溶，在氯仿或乙醚中极微溶解。熔点243℃-249℃(分解)。 聚多巴胺包覆法：案例简介 一、设计思路 二、制备流程 Inorg.Chem.Front.,2018,5,2605–2614 通过将蚀刻与磷化相结合的方法制备出蛋黄-壳FeP@C纳米箱结构，在FeP核和碳壳之间存在空隙。 Fe2O3纳米立方体的合成：在水浴搅拌下中将50mL的2.0MFeCl3溶液加热至75℃，然后在5分钟内通过蠕动泵加入50mL的5.4MNaOH溶液。在连续搅拌5分钟后，将混合物转移到密封的玻璃瓶中并在100℃下保持4天。最后，将瓶冷却至室温，离心后收集产物，用去离子水和乙醇洗涤数次，并在70℃下干燥。 核壳Fe3O4@C纳米立方体的合成：通常，将120mgFe2O3纳米立方体分散在100mLTrisbuffer水溶液（pH=8.5）中。随后，搅拌24小时，将60mg多巴胺缓慢加入混合物中。然后在洗涤后收集核-壳Fe2O3@PDA纳米立方体并在80℃下干燥。最后，将核-壳Fe2O3@PDA纳米立方体在Ar气氛下在500℃下退火3小时，加热速率为2℃min-1，得到核-壳Fe3O4@C纳米立方体。 蛋黄-壳Fe3O4@C纳米立方盒的合成：将得到的核-壳Fe3O4C粉末分散在4M盐酸溶液中。在40℃下蚀刻10分钟后，通过用去离子水洗涤并在70℃下干燥，得到蛋黄-壳Fe3O4C纳米盒。 蛋黄-壳FeP@C纳米立方体的合成：将50mgFe3O4@C蛋黄-壳纳米箱和2.5g次磷酸钠（NaH2PO2）放置在同一密封玻璃坩埚中的两个不同位置，然后将坩埚在Ar气氛，通过以5℃min-1的加热速率加热至200℃进行热处理，接着以5℃min-1的加热速率连续加热至550℃保持3小时。最后，冷却至环境温度后收集蛋黄-壳FeP@C纳米箱。 间苯二酚-甲醛树脂包覆法 一、物性介绍 二、优劣对比 间苯二酚-甲醛树脂包覆法是通过间苯二酚与甲醛的体型缩聚反应实现。它广泛用于对硅基材料的包覆。 间苯二酚-甲醛树脂由间苯二酚与甲醛反应所得到的初期缩聚产物，水溶性室温固化黏合剂，特别适合于需要低温固化的场合。 间苯二酚-甲醛树脂与硅羟基发生了缩合反应,酚羟基中的氧原子与硅羟基中的氢原子形成了氢键,羟甲基通过缩水反应与二烯类橡胶的碳-碳双键形成氧杂萘交联结构后再与亚甲基缩合交联。 优势：简单，重复性高，适于扩大化，调节反应物浓度和反应时间，得到的碳层可从几十纳米到上百纳米不等。 劣势：不过需要注意的是，间苯二酚和甲醛都是致癌物，使用时需要特别注意。 间苯二酚-甲醛树脂包覆法：案例简介 一、设计思路 二、制备流程 在硅纳米粒子表面引入了酚醛树脂基碳界面涂层，形成了核-壳结构作为阳极材料。碳纳米涂层非均匀，可以通过使用氨基甲酸乙酯共聚物凝胶法控制厚度在2~25nm. 合成(Si@10C)：将0.3g商品硅纳米颗粒(80nm)和0.92g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）加入到28.16mL去离子水中并超声处理30min以形成均匀混合物。然后加入乙醇（11.28mL），间苯二酚（0.28g），然后，在35℃下搅拌30分钟，接着向混合溶液中滴加0.4mL甲醛。使反应在35℃下连续搅拌6小时。然后在室温下无干扰老化12小时。离心收集Si@RF壳纳米颗粒，用去离子水和乙醇洗涤数次。最后，在氮气氛下，以2℃/min的升温速率至700℃煅烧3h后得到Si@10C核壳纳米粒子。通过相应改变硅纳米粒子，间苯二酚和甲醛的添加量，可以很好地调整碳涂层的厚度。例如，如果间苯二酚的量从0.02,0.14和0.70g变化，则制备的碳涂层与厚度分别为2（Si@2C），5（Si@5C）和15（Si@15C