CN110803703A - 一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳材料技术领域，尤其涉及一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料及其制备方法和应用。本发明制备方法中，铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种，碱源可作为催化剂促进铁源在水中溶解，多羧基配合物与碱源反应生成多羧基络合离子，多羧基络合离子再与铁源发生络合反应，将铁源中的铁元素提取出并在水中溶解得到络合物前驱体，络合物前驱体在惰性气氛中焙烧进行热解自还原，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，无需使用铁盐作为铁源，解决了现有磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备需使用铁盐，而铁盐的制得需要采用大量酸碱，工艺流程较长，成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于碳材料技术领域，尤其涉及一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
磁性碳包裹碳化铁纳米材料作为一种碳材料，在微波吸收、加氢催化、催化剂载体及能源储蓄等诸多领域有着广泛的应用前景。纳米级碳化铁颗粒在碳层中均匀分散使得磁性碳包裹碳化铁纳米材料具有高性能及稳定性，一方面，让纳米化碳化铁粒子的功能得到充分发挥；另一方面，包覆在碳化铁外面的碳层不仅能够起到隔离纳米粒子防止其在高温下团聚从而提高其热稳定性的作用，并且通过调节碳层的包裹程度和厚度还能避免酸碱环境对碳化铁的腐蚀。
但是，目前多采用高纯度的铁盐如硝酸铁、氯化铁、硫酸铁和柠檬酸铁进行磁性碳包裹碳化铁纳米材料的制备，铁盐产业流程中不但需要用到大量酸碱，工艺流程较长，铁盐质量要求也较高，铁盐制备时亦会产生大量废气，环境压力较大，成本较高。因此，亟待寻求一种不采用铁盐进行磁性碳包裹碳化铁纳米材料制备的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料及其制备方法和应用，用于解决现有磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备需使用铁盐，而铁盐的制得需要采用大量酸碱，工艺流程较长，成本较高的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将铁源、多羧基配合物和碱源在水中进行加热反应，得到中间产物；
b)将所述中间产物进行干燥得到络合物前驱体，再将所述络合物前驱体在惰性气氛中于550℃～800℃进行焙烧，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料；
其中，所述铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种；
所述铁源中铁元素与所述多羧基配合物中羧基的摩尔比为1:3～1:10。
优选的，步骤a)所述多羧基配合物选自柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸和氮基三乙酸中的一种或多种。
优选的，所述碱源选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、乙二胺、乙醇胺和氢氧化钙中的一种或多种。
优选的，步骤a)所述铁源、所述多羧基配合物、所述碱源和水形成的反应体系的pH值为2～10。
优选的，步骤a)所述加热反应的温度为40℃～100℃；
所述加热反应的时间为1h～6h。
优选的，步骤b)所述焙烧的时间为2h～10h；
所述焙烧前的升温速率为1℃/min～30℃/min。
优选的，步骤b)所述干燥的温度为60℃～170℃；
所述干燥的时间为12h～120h。
本发明还提供了一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料，由上述技术方案所述制备方法制得。
优选的，所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料的粒径为4nm～29nm；
所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料中碳层的厚度为0.6nm～1.2nm。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料和/或上述技术方案所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料在微波吸收、加氢催化、催化剂载体或能源储蓄领域中的应用。
综上所述，本发明提供了一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：a)将铁源、多羧基配合物和碱源在水中进行加热反应，得到中间产物；b)将所述中间产物进行干燥得到络合物前驱体，再将所述络合物前驱体在惰性气氛中于550℃～800℃进行焙烧，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料；其中，所述铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种；所述铁源中铁元素与所述多羧基配合物中羧基的摩尔比为1:3～1:10。本发明中，铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种，碱源可作为催化剂促进铁源在水中溶解，多羧基配合物与碱源反应生成多羧基络合离子，多羧基络合离子再与铁源发生络合反应，将铁源中的铁元素提取出并在水中溶解得到络合物前驱体，络合物前驱体在惰性气氛中焙烧进行热解自还原，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，无需使用铁盐作为铁源，解决了现有磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备需使用铁盐，而铁盐的制得需要采用大量酸碱，工艺流程较长，成本较高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为碳化铁和石墨碳的XRD标准谱；
图2为实施例1制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD图谱；
图3为实施例1制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图4为实施例1焙烧温度为500℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的透射电镜图；
图5为实施例1焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的透射电镜图；
图6为实施例1焙烧温度为500℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的透射电镜图；
图7为实施例1焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的透射电镜图；
图8为实施例1焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的扫描电子显微镜图；
图9为实施例2制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图10为实施例3制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图11为实施例4制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图12为实施例5制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图13为实施例6制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的XRD图谱；
图14为实施例2在磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1:3时制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗前的磁滞回归曲线；
图15为实施例2在磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1:3时制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的磁滞回归曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料及其制备方法和应用，用于解决现有磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备需使用铁盐，而铁盐的制得需要采用大量酸碱，工艺流程较长，成本较高的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将铁源、多羧基配合物和碱源在水中进行加热反应，得到中间产物；
b)将中间产物进行干燥得到络合物前驱体，再将络合物前驱体在惰性气氛中于550℃～800℃进行焙烧，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料；
其中，铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种，更优选为磁铁矿和/或四氧化三铁；
铁源中铁元素与多羧基配合物中羧基的摩尔比为1:3～1:10，更优选为1:4～1:5。
本发明实施例中，碱源可作为催化剂促进铁源在水中溶解，首先，多羧基配合物与碱源反应生成多羧基络合离子，多羧基络合离子再与铁源发生络合反应，将铁源中的铁元素提取出并在水中溶解得到络合物前驱体，络合物前驱体在惰性气氛中焙烧进行热解自还原，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料。本发明制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料饱和磁化强度可达到38.09emu/g，具有超顺磁性；碳化铁纳米颗粒外层被碳层包裹，使其具有优良的抗腐蚀性及稳定的磁性；并且，该制备方法工艺简单、可进行大规模制备。
磁铁矿是一种具有亚铁磁性的矿物，其富含四氧化三铁，产于变质矿床和内生矿床中，在我国储量巨大，分布广泛，氧化后变为赤铁矿或褐铁矿，是炼铁的主要原料。目前磁铁矿主要用于炼铁，但是炼铁需要将磁铁矿在高温下用一氧化碳进行还原进行炼制，目前的炼铁工艺耗能极大，并且在炼铁过程中会产生大量的废气和废渣，存在一定的环保压力，并且用一氧化碳还原还存在中毒和***等危险问题。
本发明实施例中，铁源可为磁铁矿，在温和条件下就可从磁铁矿中提取出铁元素，优选进行过滤再干燥得到络合物前驱体，然后将络合物前驱体焙烧得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料。采用廉价的天然磁铁矿资源作为铁源，为磁铁矿的应用提供了一种新的途径，并且利用磁铁矿直接制备得到具有磁性的碳包裹碳化铁纳米材料，具有十分重要的工业应用价值。另外，该制备方法在铁源来源于天然矿物时，可避免中间的冶炼和铁盐的制备和提纯。
本发明实施例中，从磁铁矿中提取铁元素的方式简单温和，制备磁性碳包覆碳化铁纳米材料的工艺路线简单，易于实施规模化生产，操作的稳定性和可行性高，避免了天然磁铁矿的工业炼铁和铁盐工业的深加工工艺，具有节能和绿色环保的特点。本发明制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料中碳化铁纳米粒子可达10nm以下，在碳层中分布均匀，且碳化铁纳米粒子的粒径和包裹碳层厚度可以根据需要进行调节，经过测定磁滞回线后表明该制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料具有良好的磁性。
本发明实施例中，步骤a)多羧基配合物选自柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸和氮基三乙酸中的一种或多种；
碱源选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、乙二胺、乙醇胺和氢氧化钙中的一种或多种，优选为氢氧化钠和氨水的混合物。
多羧基配合物为柠檬酸时，柠檬酸和碱源反应生成柠檬酸根离子，柠檬酸根离子再与铁源发生络合反应，铁元素基于以下反应从铁源中提取出来：
H3C6H5O7+OH-→H2C6H5O7 -+H2O
H2C6H5O7 -+Fe→FeC6H5O7 -+H2
H2C6H5O7 -+FeO→FeC6H5O7 -+H2O
3H2C6H5O7 -+Fe3O4→FeC6H5O7 -+2FeC6H5O7+2H2O+2OH-
本发明实施例中，步骤a)具体为：将铁源和柠檬酸加水搅拌，再加入碱源，然后进行加热反应，得到中间产物。
步骤a)铁源、多羧基配合物、碱源和水形成的反应体系的pH值为2～10，优选为3～6。
本发明实施例中，步骤a)加热反应的温度为40℃～100℃，更优选为85℃；
加热反应的时间为1h～6h，优选为3h～5h，使得铁源完全溶解反应体系中。
本发明实施例中，步骤b)焙烧的时间为2h～10h；
焙烧的温度优选为550℃～700℃；
焙烧前的升温速率为1℃/min～30℃/min，优选为1℃/min～10℃/min。
本发明实施例中，步骤b)干燥的温度为60℃～170℃，优选为100℃～120℃；
干燥的时间为12h～120h，优选为24h～120h。
本发明还提供了一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料，由上述技术方案制备方法制得。
本发明制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料饱和磁化强度可达到38.09emu/g，具有超顺磁性；并且，该磁性碳包覆碳化铁纳米材料中的碳化铁纳米颗粒外层被碳层包裹，具有优良的抗腐蚀性及稳定的磁性。
本发明实施例中，磁性碳包覆碳化铁纳米材料为核壳结构，磁性碳包覆碳化铁纳米材料的粒径为4nm～29nm；
磁性碳包覆碳化铁纳米材料中碳层的厚度为0.6nm～1.2nm，碳层为石墨碳层。
本发明还提供了上述技术方案制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料和/或上述技术方案磁性碳包覆碳化铁纳米材料在微波吸收、加氢催化、催化剂载体或能源储蓄领域中的应用。
本发明实施例中，磁性碳包覆碳化铁纳米材料应用于催化剂载体时，因其具有磁性，可通过磁性进行催化剂的回收，增加催化剂的回收率。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
具体实施例中，磁铁矿购自山东省分析测试中心，铁元素含量为62.55wt％。
实施例1
本实施例采用不同焙烧温度进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，具体包括：
称取1.836g磁铁矿和15g柠檬酸(C6H8O7)置于50ml去离子水中，加入浓氨水调节pH值至2，100℃下进行加热反应至铁源完全溶解(磁铁矿质量的67％～83％)，然后过滤，收集滤液得到中间产物。
将中间产物在60℃下干燥120小时，得到棕黑色蓬松态络合物前驱体，再将络合物前驱体在氮气气氛中分别于500℃、550℃、600℃、700℃和800℃焙烧12小时，焙烧前的升温速率为1℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料。
将本实施例制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料进行XRD分析，结果如图2所示。对磁性碳包覆碳化铁纳米材料采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图如图3所示。图2和图3表明，焙烧温度为550℃～800℃下可制备得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，焙烧温度在550℃以上时，磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图明显显示出金属碳化铁的衍射峰，并且酸洗后该衍射峰依然存在，表明焙烧温度为550℃～800℃时制备得到的碳包裹碳化铁纳米材料具有良好的碳包裹程度。
将焙烧温度为500℃和600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料进行透射电镜分析，结果请参阅图4和图5，图4为实施例1焙烧温度为500℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的透射电镜图，图5为实施例1焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的透射电镜图。将焙烧温度为500℃和600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料采用10wt％稀硫酸溶液酸洗后进行透射电镜分析，结果请参阅图6和图7，图6为实施例1焙烧温度为500℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的透射电镜图，图7为实施例1焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料酸洗后的透射电镜图。图5和图7表明，经过惰性气氛中600℃焙烧进行热解自还原，形成了具有典型核壳结构的碳包裹碳化铁纳米材料，柠檬酸高温分解出还原性气体，可以自还原碳化铁前驱体，制备出的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的粒径为4～29nm，表明通过本发明制备方法可以制备出粒径较小的磁性碳包覆碳化铁纳米材料。而在500℃焙烧，产物碳化铁未被碳完全包裹，酸洗后碳化铁被稀硫酸所溶解，留下如图5所示的如蜂窝状的碳壳层结构聚集体。
将焙烧温度为600℃下制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料进行SEM分析，结果请参阅图8，图8表明经过惰性气氛中高温热解自还原，络合物前驱体逐渐转化为球状颗粒聚集体，具有蓬松结构和大量空隙。
实施例2
本实施例进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比不同，具体包括：
分别按照磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1：2、1：3、1：4、1：5、1：8称取磁铁矿0.918g和5.00g柠檬酸、磁铁矿0.918g和7.50g柠檬酸、磁铁矿0.918g和10.00g柠檬酸、磁铁矿0.918g和12.50g柠檬酸以及磁铁矿0.918g和20g柠檬酸，分别置于50ml去离子水中，加入氢氧化钠调节pH值至5，40℃进行加热反应至铁源完全溶解(磁铁矿质量的67％～83％)，然后过滤，收集滤液得到中间产物。
将中间产物在170℃下干燥12小时，得到棕黑色蓬松态络合物前驱体，再将络合物前驱体在氮气气氛中于700℃焙烧2小时，焙烧前的升温速率10℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图如图9所示。图9表明，磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1：2至1：8时，柠檬酸高温分解出还原性气体，可以自还原碳化铁前驱体，图9明显显示出碳化铁的衍射峰，当磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1：2时，碳化铁的衍射峰表现出非常弥散，根据XRD谱图通过谢乐公式(Scherrer formula)计算出磁性碳包覆碳化铁纳米材料平均粒径为7.8～11.9nm左右，当磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1：5以上时，过多的柠檬酸容易引起较多碳残留，无定形碳包裹峰开始逐渐***，本实施表明磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比能够对碳化铁纳米粒子产生较大影响，同时对碳层厚度和碳残留量影响较大。
实施例3
本实施例进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，采用不同的铁源，具体包括：
分别称取1.836g四氧化三铁(Fe3O4)、1.332g还原铁粉(Fe)或3g磁铁矿，以及15g柠檬酸置于50ml去离子水，加入浓氨水调节pH值至4，60℃下进行24h加热反应至使铁源完全溶解，铁源为磁铁矿时，需进行过滤收集滤液，再在100℃下干燥72小时，获得络合物前驱体，再将络合物前驱体在氮气气氛中于700℃焙烧2小时，焙烧前的升温速率为5℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图请参阅图9。
图10表明，铁源为磁铁矿、还原铁粉或四氧化三铁时，柠檬酸高温分解出还原性气体，可以自还原碳化铁前驱体，图10明显显示出碳化铁的衍射峰，并且非常弥散，利用谢乐公式(Scherrer formula)计算出的在不同铁源下磁性碳包覆碳化铁纳米材料的平均粒径均为8nm左右，表明磁性碳包覆碳化铁纳米材料的粒径大小受铁源的影响较少。
实施例4
本实施例进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，采用不同的多羧基配合物，具体包括：
称取1.836g磁铁矿以及20.856g乙二胺四乙酸(C10H16N2O8)或15g柠檬酸，置于50ml去离子水中，加入氢氧化钾调节pH值至10，40℃下进行加热反应至铁源完全溶解，然后过滤，收集滤液得到中间产物。
将中间产物在120℃下干燥48小时，获得络合物前驱体，再将络合物前驱体在氮气气氛中于700℃焙烧8小时，焙烧前的升温速率5℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图请参阅图11。图11表明，多羧基配合物为柠檬酸和乙二胺四乙酸均可高温分解出还原性气体，自还原碳化铁前驱体，图11明显显示出碳化铁的衍射峰，并且非常弥散，利用谢乐公式(Scherrerformula)计算出的磁性碳包覆碳化铁纳米材料平均粒径为7.8nm。
实施例5
本实施例进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，采用不同的碱源，具体包括：
称取1.836g四氧化三铁(Fe3O4)和15g柠檬酸，置于50ml去离子水中，加入氢氧化钠或氨水调节pH值在5，90℃下进行加热反应至铁源完全溶解，再在80℃下干燥100小时，获得络合物前驱体(干凝胶)，再将络合物前驱体在氮气气氛中于700℃焙烧0.5小时，焙烧前的升温速率30℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图请参阅图12。结果表明，使用氢氧化钠作为碱源，相应XRD谱图明显显示出碳化铁的衍射峰，并且非常弥散，利用谢乐公式(Scherrerformula)计算出的磁性碳包覆碳化铁纳米材料平均粒径为13nm左右，而采用氨水作为碱源得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料平均粒径为18nm，表明不同碱源对于本发明制备方法制得的碳化铁纳米颗粒具有较大的影响。
实施例6
本实施例进行磁性碳包覆碳化铁纳米材料制备，除柠檬酸外，加或不加碳源，具体包括：
称取1.836g磁铁矿和15g柠檬酸，加或不加15g D-葡萄糖(C6H12O6)，置于50ml去离子水中，加入乙醇胺调节pH值至3，80℃下进行加热反应至铁源完全溶解，然后过滤，收集滤液得到中间产物。
将中间产物在120℃下干燥48小时，获得络合物前驱体，再将络合物前驱体在氮气气氛中于700℃焙烧1小时，焙烧前的升温速率20℃/min，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料，采用10wt％稀硫酸溶液进行酸洗，酸洗后的磁性碳包覆碳化铁纳米材料的XRD谱图请参阅图13。结果表明，外加葡萄糖作为碳源，相应XRD谱图明显显示出碳化铁的衍射峰，并且非常弥散，利用谢乐公式(Scherrer formula)计算出的磁性碳包覆碳化铁纳米材料平均粒径为9.5nm左右，表明可以通过外加碳源进行碳化铁纳米颗粒的制备，从而改变碳化铁纳米颗粒碳层的包裹程度。
实施例7
本实施例对实施例2在磁铁矿中铁元素和柠檬酸的摩尔比为1:3时制备得到的磁性碳包覆碳化铁纳米材料进行磁性测试，测试仪器为振动样品磁强计(Quantum DesignSQUID-VSM)，提供的磁场强度范围为-20kOe<H<20kOe。在室温条件下测试该磁性碳包覆碳化铁纳米材料在酸洗前和酸洗后的磁滞回归曲线，结果请参阅图14和图15，结果表明该磁性碳包覆碳化铁纳米材料的饱和磁化强度达到38.09emu/g，具有超顺磁性；洗涤后该磁性碳包覆碳化铁纳米材料依然保持一定的磁性(50倍重量的10wt％H2SO4洗涤5次)，其饱和磁化强度为6.74emu/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将铁源、多羧基配合物和碱源在水中进行加热反应，得到中间产物；
b)将所述中间产物进行干燥得到络合物前驱体，再将所述络合物前驱体在惰性气氛中于550℃～800℃进行焙烧，得到磁性碳包覆碳化铁纳米材料；
其中，所述铁源选自磁铁矿、氧化亚铁、四氧化三铁和还原铁粉中的一种或多种；
所述铁源中铁元素与所述多羧基配合物中羧基的摩尔比为1:3～1:10。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述多羧基配合物选自柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸和氮基三乙酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述碱源选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、乙二胺、乙醇胺和氢氧化钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述铁源、所述多羧基配合物、所述碱源和水形成的反应体系的pH值为2～10。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述加热反应的温度为40℃～100℃；
所述加热反应的时间为1h～6h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述焙烧的时间为2h～10h；
所述焙烧前的升温速率为1℃/min～30℃/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述干燥的温度为60℃～170℃；
所述干燥的时间为12h～120h。
8.一种磁性碳包覆碳化铁纳米材料，其特征在于，由权利要求1至7任意一项所述制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的磁性碳包覆碳化铁纳米材料，其特征在于，所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料的粒径为4nm～29nm；
所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料中碳层的厚度为0.6nm～1.2nm。
10.权利要求1至7任意一项所述制备方法制得的磁性碳包覆碳化铁纳米材料和/或权利要求8至9任意一项所述磁性碳包覆碳化铁纳米材料在微波吸收、加氢催化、催化剂载体或能源储蓄领域中的应用。
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