[發(fā)明專利]改進(jìn)的碳納米管臭氧分解

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580044421.3
• 申請日: 2005-10-21
• 公開（公告）號: CN101189373A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·馬;A·奇什蒂;L·牛;A·費(fèi)希爾;R·布雷登
• 申請（專利權(quán)）人: 海珀里昂催化國際有限公司
• 主分類號: D01F11/12
• 分類號: D01F11/12;C01B31/00;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉鍇;鄒雪梅

發(fā)明背景

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用臭氧處理單壁和多壁碳納米管的表面的方法。本發(fā)明還包括制備臭氧處理的納米管的聚集體的方法和使用它的方法。本發(fā)明還涉及制備由彼此連接的這種臭氧處理的碳納米管組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)如三維網(wǎng)絡(luò)或剛性多孔結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明還包括由已用臭氧處理的聚集體、三維網(wǎng)絡(luò)或剛性多孔結(jié)構(gòu)制備催化劑載體的方法。

相關(guān)技術(shù)描述

碳納米管

本發(fā)明在亞微米石墨碳原纖常稱為納米管的范圍內(nèi)。碳原纖為直徑小于1.0μ、優(yōu)選小于0.5μ和甚至更優(yōu)選小于0.2μ的蠕蟲狀碳沉積物。碳納米管可為多壁的(即在納米管軸上具有一個以上石墨層)或單壁的(即在納米管軸上只有一個單一石墨層)。下面還描述了其它碳納米管類型。

可按照本申請教導(dǎo)處理的碳納米管不同于商業(yè)上可得到的連續(xù)碳纖維。與縱橫比(L/D)為至少10⁴和經(jīng)常10⁶或以上的這些纖維相比，碳原纖理想地具有大的但不可避免有限的縱橫比。連續(xù)纖維的直徑也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原纖的直徑，總是＞1.0μ和一般為5-7μ。

碳納米管在物理上和化學(xué)上不同于商業(yè)上可得到的作為增強(qiáng)材料的連續(xù)碳纖維，也不同于其它碳形式如標(biāo)準(zhǔn)石墨和碳黑。標(biāo)準(zhǔn)石墨由于其結(jié)構(gòu)而能經(jīng)歷氧化到幾乎完全飽和。此外，碳黑為通常具有g(shù)raphene結(jié)構(gòu)的球形顆粒形式的無定形碳，碳層圍繞著無序核。差別使石墨和碳黑成為碳納米管化學(xué)的差的預(yù)示。

碳納米管以各種形式存在，并通過各種含碳?xì)怏w在金屬表面處的催化分解來制備。幾乎從電子顯微鏡出現(xiàn)才觀察到這種蠕蟲狀碳沉積物。(Baker?and?Harris，Chemistry?and?Physics?of?Carbon，Walkerand?Thrower?ed，14卷，1978，83頁；Rodriguez，N.，J.Mater.Research，8卷，3233頁(1993))。

在1976年，Endo等(參見Oberlin，A.and?Endo，M.，J.of?CrystalGrowth，Vol.32(1976)，335-349)，這里引入作為參考，闡明了這種碳原纖生長的基本機(jī)理。看到它們起源于金屬催化劑顆粒，在含烴氣體存在下，變得碳過飽和。圓柱狀有序石墨芯被擠出，按照Endo等，其立即變成涂有熱解沉積石墨的外層。具有熱解外涂層的這些原纖一般具有超過0.1μ，更一般0.2-0.5μ的直徑。

1983年，Tennent的美國專利4663230描述了沒有連續(xù)熱法碳外涂層并具有基本平行于原纖軸的多個石墨外層的碳原纖，本文引入作為參考。因而它們特征在于具有它們的c-軸，這些軸垂直于石墨彎曲層的切線，基本垂直于它們的圓柱軸。它們通常具有不大于0.1μ的直徑和至少為5的長度對直徑比。理想地，它們基本沒有連續(xù)熱法碳外涂層，即由用于制備它們的氣體進(jìn)料的熱裂解得到的熱解沉積的碳。因此，Tennent的發(fā)明提供了得到較小直徑原纖一般為(0.0035-0.070μ)和有序的“生長態(tài)”石墨表面的方法。已生長出具有不太完美結(jié)構(gòu)的纖維狀碳，而且沒有熱解碳外層。

Tennent等的美國專利5171560描述了沒有熱法外涂層且具有基本平行于原纖軸的石墨層使得所述層在所述原纖軸的突起伸出至少兩個原纖直徑的距離的碳原纖，本文引入作為參考。通常，這種原纖是具有基本不變直徑的基本圓柱形的石墨納米管，并包括c-軸基本垂直于它們的圓柱軸的圓柱形石墨層。它們基本沒有熱解沉積的碳，具有小于0.1μ的直徑和大于5的長度對直徑比。這些原纖可通過本發(fā)明的方法氧化。

當(dāng)石墨層在納米管軸上的突起伸出小于兩個納米管直徑的距離時，石墨納米管的碳面在橫截面上呈現(xiàn)魚骨形外觀。這些被命名為魚骨形纖維。Geus的美國專利4855091提供了制備基本沒有熱解外涂層的魚骨形原纖的過程，本文引入作為參考。這些碳納米管也用在本發(fā)明的實施中。