[发明专利]由催化模板纳米颗粒制备的碳纳米结构

权利要求书

1.一种制备碳纳米结构的方法，其包括：

(i)通过以下步骤形成多个催化模板纳米颗粒：

(a)使多个前体催化剂原子与多个有机分散剂分子反应，形成络合的催化剂原子；

(b)任络合的催化剂原子或使络合的催化剂原子形成模板纳米颗粒；

(ii)通过在模板纳米颗粒存在下使碳前体发生聚合反应形成一种或多种中间体碳纳米结构；

(iii)使中间体碳纳米结构碳化，形成多个复合纳米结构；和

(iv)从复合纳米结构中除去模板纳米颗粒，得到碳纳米结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂原子包含铁、镍或钴中的至少一种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散剂分子能够与催化剂原子结合，并且包含至少一个选自以下的官能团：羟基、羧基、羰基、胺、酰胺、腈、具有孤对电子的氮、氨基酸、硫醇、磺酸、磺酰卤、酰卤、和它们的组合。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散剂分子包含选自以下的至少一种：草酸、苹果酸、丙二酸、马来酸、丁二酸、乙醇酸、乳酸、葡萄糖、柠檬酸、果胶、纤维素、乙醇胺，巯基乙醇、2-巯基乙酸酯、甘氨酸、磺基苯甲醇、磺基苯甲酸、磺基苯甲硫醇、磺基苯甲胺、聚丙烯酸酯、聚苯甲酸乙烯酯、聚硫酸乙烯酯、聚磺酸乙烯酯、聚碳酸双酚酯、聚苯并咪唑、聚吡啶、磺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯、和它们的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳前体包含可热液聚合的有机基材。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可热液聚合的有机基材包含柠檬酸、丙烯酸、苯甲酸、丙烯酸酯、丁二烯、苯乙烯或肉桂酸中的至少一种。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳前体包含间苯二酚-甲醛凝胶、酚树脂、密胺-甲醛凝胶、聚(糠醇)或聚(丙烯腈)中的至少一种。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模板纳米颗粒在与碳前体混合之前形成。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化在约500℃至2500℃范围内的某一温度下进行。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用酸或碱中的至少一种进行蚀刻，从复合纳米结构中除去至少一部分模板纳米颗粒。

11.一种物质的组成，其包含依据如权利要求1所述的方法制备的碳纳米结构。

12.一种制备负载型催化剂的方法，其包括将金属催化剂颗粒设置在依据如权利要求1所述的方法制备的碳纳米结构上。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂颗粒包含至少一种贵金属。

14.一种依据如权利要求12所述的方法制备的负载型催化剂。

15.一种以高产率制备碳纳米结构的方法，其包括：

(i)提供多个固体催化模板纳米颗粒，其主要由一种或多种类型的金属催化剂原子和任选的一种或多种类型的有机分散剂分子组成；

(ii)将固体催化模板纳米颗粒与碳前体混合，使碳前体聚合，形成多个中间体碳纳米结构；

(iii)使中间体碳纳米结构碳化，形成多个复合纳米结构；和

(iv)从复合纳米结构中除去模板纳米颗粒，得到碳纳米结构。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂原子包含铁、镍或钴中的至少一种。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述分散剂分子能够与催化剂原子结合，并且包含至少一个选自以下的官能团：羟基、羧基、羰基、胺、酰胺、腈、具有孤对电子的氮、氨基酸、硫醇、磺酸、磺酰卤、酰卤和它们的组合。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述分散剂分子包含选自以下的至少一种：草酸、苹果酸、丙二酸、马来酸、丁二酸、乙醇酸、乳酸、葡萄糖、柠檬酸、果胶、纤维素、乙醇胺，巯基乙醇、2-巯基乙酸酯、甘氨酸、磺基苯甲醇、磺基苯甲酸、磺基苯甲硫醇、磺基苯甲胺、聚丙烯酸酯、聚苯甲酸乙烯酯、聚硫酸乙烯酯、聚磺酸乙烯酯、聚碳酸双酚酯、聚苯并咪唑、聚吡啶、磺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯和它们的组合。