~6nm。
[0027]实施例5
实施例4的制备工艺与实施例1的不同之处在于:离心时间为2h，转速为20000rpm，沉淀分选时间为7天。
[0028]制备出的纳米碳晶的粒度为0~5nm。
[0029]性能测试 (1)TEM分析
图2是实施例1提供的纳米碳晶的TEM分析图，图中:a:纳米碳晶；b:爆炸法纳米金刚石；1代表局部放大图，2代表HRTEM图，1图中左上角的插图为对应的SAED图。
[0030]由图2的TEM分析图可以看出，实施例制备的纳米碳晶近似于球形，形貌较为规整，粒径在2-5nm，而爆炸法纳米金刚石都由一些团聚的颗粒组成的，且形貌也不规整，粒径都在5-10nm之间，通过对应的SAED图可以看出这两种材料都具有多晶结构，而对应的HRTEM图中可测量出纳米碳晶的晶格间距均为0.21nm，这与金刚石相(111)晶面的晶格间距d=0.206nm非常接近，这说明本发明制备的纳米碳晶具有金刚石相结构。
[0031](2)XRD 分析
图3是实施例1制备的纳米碳晶的XRD谱图，图中:a:爆炸法纳米金刚石；b:纳米碳晶。
[0032]从图3可以看出，这两种材料的出峰位置均在44°左右，经过与标准的PDF卡片比对，与金刚石相密勒指数为(111)晶面相对应，这再次证明了这两种材料均是由金刚石相构成的，但是可以看到纳米碳晶在20° -40°之间存在着一个较大的非晶包，纳米碳晶的结晶性要比爆炸法纳米金刚石弱一些，但依然具有较强的结晶性。根据谢乐公式D=，K为常数，β为半高宽，λ为Cu的Κα射线波长，计算结果DBZ=8.5nm，De=3.5nm，爆炸法合成的纳米金刚石的晶粒大小约是纳米碳晶的2.4倍，由此可见，本发明制备出的纳米碳晶晶粒比爆炸法合成的纳米金刚石小，晶界多。小晶粒内部会发生不同程度畸变，从而影响材料的性质，因此本发明合成的纳米碳晶的活性上优于爆炸法合成的纳米金刚石。
[0033](3) EDS分析
图4是实施例1制备的纳米碳晶的EDS谱图，图中:a:纳米碳晶；b:爆炸法纳米金刚石ο
[0034]从图4可以看出，本发明制备的纳米碳晶基本上都是由C元素组成的，纯度很高，这点与爆炸法制备的纳米金刚石类似，都属于C材料。
[0035](4) Raman分析
图5是爆炸法纳米金刚石和纳米碳晶的Raman光谱图，图中:a:爆炸法纳米金刚石，b:实施例1制备的纳米碳晶。
[0036]从图5上可以非常明显地看到这两种碳材料明显具有不同的Raman光谱图，爆炸法合成的纳米金刚石还具有C材料典型的特征Raman峰D峰和G峰，而本发明合成的纳米碳晶没有任何Raman峰，这表明本发明制备的纳米碳晶与爆炸法纳米金刚石具有不同的碳原子排布。红外光谱只能对具有红外活性的分子有强的吸收信号，对于纯C元素的晶体，无法使用红外光谱检测其结构。所谓红外活性，是指偶极变化不为零，结构越对称的结构，那么偶极的变化就越小，比如C-C，C=C，C = C，0-0，N = N等，这类同核双原子对都是红外非活性的，因此，在红外光谱上很难观测到这些同核双原子对的伸缩振动特征峰(如果要观测这类同核双原子，在其周围接上不对称的基团后才能检测到相对微弱的红外吸收峰)。但是，一般而言，红外活性弱的同核双原子对，其Raman活性会比较强，因此可以断定纳米碳晶与爆炸法纳米金刚石的C原子排布不同。
[0037](5) MAS NMR分析
图6是实施例1制备的纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石的MAS NMR谱图，图中:a:实施例2制备的纳米碳晶；b:爆炸法纳米金刚石。
[0038]从图6可以看到纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石均出现两个C峰，这说明纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石样品中均有两种不同的碳原子Cjp C2，位置分别在34ppm和30ppm。一般来说，sp3轨道杂化碳的δ c通常在0?60ppm，sp 2轨道杂化碳的δ e通常在100?220ppm，sp轨道杂化碳的δ c通常在60?90ppm，从图上我们可以看出a、b两种种样品的(；和(:2的δ c都在0?60ppm之间，在其它位置并没有出峰，虽然这两个峰的出峰位置都在0?60ppm之间，但是(^和C 2的出峰位置相差4ppm，位置很接近，说明C JP C 2所处的化学环境比较接近，结合EDS分析可知纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石样品都是由C元素构成的，所以(^和C2具有不同的结构。根据Raman光谱结果知道本发明合成的纳米碳晶没有任何Raman光谱峰，而爆炸法合成的纳米金刚石具有C材料的特征Raman峰，综合以上分析我们可以推断出本发明合成的纳米碳晶与爆炸法纳米金刚石的表面C原子排布不同，本发明合成的碳晶表面的C原子与里层的金刚石相的C原子构成了一种C原子的二聚体结构，这两个碳原子是非对称分布的，而爆炸法合成的纳米金刚石表面的C原子和金刚石相的C原子也构成了一种C原子的二聚体结构，这两个C原子是对称分布的，因此才会出现两种截然不同的Raman峰。非对称的C原子排布相对于对称排布的C原子来说更具有活性，更加容易与不同的基团进行复合，同时颗粒表面的C原子活性强也容易团聚在一起，较爆炸法纳米金刚石而言更加容易进行表面功能化处理。
[0039]本发明提供的纳米碳晶能够吸收太阳能的全谱，且表面碳原子活性高，与1102等催化剂结合后可在光照下吸收可见光，发出325-425nm的短波长光，从而激发Ti02等催化剂形成电子空穴对，电子空穴对转化成活性基团，从而降解有机染料分子，同时由于纳米碳晶在1102等催化剂的表面，故而可以起到传递电子的作用，促使电荷的分离，电子沿纳米碳晶表面传输，可以延长Ti02等催化剂的空穴寿命，提高催化活性。本申请合成的纳米碳晶表面的碳原子排布是非对称的，表层的碳原子与里层的碳原子构成了一种非对称二聚体的结构，这种结构相对于爆炸法纳米金刚石而言，更具有活性，更加容易被表面功能化处理，更加容易与其它材料以共价键或非共价键的形式进行复合，这种碳晶由于具有特殊的光致发光性能，可用于极限显示器、光学谐振器等，同时由于粒径小，比表面积大，可用于制备各种吸附膜，例如海水淡化膜、苦咸水淡化膜、去离子水制备膜等，同时还具备强大的催化作用，可用于制备非金属催化剂。本发明合成的碳晶是一种生物兼容性非常好的材料，无毒副作用，可与药物的有效成分进行复合，可用于药物定向传导，使得药物有效分子能够快速穿过人体磷脂双分子层，快速达到病灶部位，实现药物的靶向治疗，提高药物的利用率，减少治疗周期。碳晶这种材料还可以用于各种日用化妆品，例如:洗面奶、香皂、肥皂、牙膏等，达到使用量较少美白效果增强的目的，可有效去除人体皮肤中黑色素以及使得牙齿更加美白。本发明合成的纳米碳晶由于表面活性强，与其它材料复合性能强，同时还具有耐磨作用，因此可用于与各种润滑油进行复合，提高润滑油的润滑性能以及制备各种涂层剂。由于本发明合成的碳晶粒径小，很容易在镀液中进行分散，也很容易吸附到被镀件表面，在被镀件表面形成一层金刚石膜，这种膜导热性好、耐磨，可用于各种发热易磨损零件的表面处理(包括不粘锅)。
【主权项】
1.一种新型纳米碳晶，其特征在于，该碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布ο2.根据权利要求1所述的新型纳米碳晶，其特征在于，晶格间距为0.21nm。3.根据权利要求1或2所述的新型纳米碳晶，其特征在于，平均粒径为R，0< R < 10nm。4.根据权利要求3所述的新型纳米碳晶，其特征在于，该碳晶的C含量为99?100%。
【专利摘要】本发明公开了一种新型纳米碳晶，属于碳材料制备领域，平均粒径为R，0＜R≤10nm，C含量为99～100%，该碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布。该新型纳米碳晶产品结晶性强，表面活性强，吸附能力强，形貌规整可控，损失率低，损失率可控制在1%以内，能够吸收太阳能的全谱，且表面碳原子活性高。
【IPC分类】C01B31/02, B82Y40/00
【公开号】CN105384160
【申请号】CN201510749248
【发明人】郭留希, 赵清国, 张洪涛, 武艳强, 刘永奇, 王俊芝, 薛胜辉, 何本锋, 刘君丽, 杨晋中, 张建华
【申请人】郑州华晶金刚石股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月6日