[发明专利]碳纤维的催化蚀刻

权利要求书

1.用于蚀刻碳纤维表面的方法，该方法包括下列步骤：

(a)通过氧化官能化碳纤维表面，

(b)将金属颗粒沉积到所述官能化表面上，其中所述金属颗粒选自铁、钴和镍，

(c)通过用水蒸汽处理蚀刻所述表面，

(d)通过酸处理去除所述金属颗粒。

2.权利要求1的方法，其中所述碳纤维是碳纳米纤维。

3.权利要求2的方法，其中所述碳纳米纤维

(i)可获得自烃，和/或

(ii)具有50-500nm的外直径，和/或

(iii)具有10-60m²/g的表面积。

4.权利要求3的方法，其中所述碳纳米纤维具有100nm的外直径。

5.权利要求3的方法，其中所述碳纳米纤维具有20-40m²/g的表面积。

6.权利要求1的方法，其中所述碳纤维是微纤维。

7.权利要求6的方法，其中所述微纤维

(i)可从聚丙烯腈获得，和/或

(iv)具有3-10微米的外直径，和/或

(ii)具有小于1m²/g的表面积。

8.权利要求7的方法，其中所述微纤维可从聚丙烯腈通过热解法获得。

9.权利要求7的方法，其中所述微纤维具有6微米的外直径。

10.根据权利要求1-9之一的方法，其中通过氧化处理实现表面的官能化。

11.权利要求10的方法，其中通过与氧化酸一起加热或者氧等离子体处理实现表面的官能化。

12.权利要求10的方法，其中通过与硝酸一起加热实现表面的官能化。

13.权利要求1-9之一的方法，其中

(i)所述金属颗粒选自铁，和/或

(ii)基于负载的碳纳米纤维的总重量，金属负载为1-20重量％，和/或

(iii)金属颗粒的沉积通过用溶解的金属盐或茂金属接触纤维，并随后在300-800℃温度用氢还原来完成。

14.权利要求13的方法，其中基于负载的碳纳米纤维的总重量，金属负载为5-10重量％。

15.权利要求13的方法，其中所述茂金属为二茂铁。

16.权利要求13的方法，其中所述金属盐或茂金属是在100-600℃温度下接触纤维。

17.权利要求13的方法，其中在500℃下用氢进行还原。

18.权利要求1-9之一的方法，其中所述蚀刻通过在氦气氛下用水蒸气处理完成。

19.权利要求18的方法，其中，

(i)所述氦气氛的水蒸气含量为0.1-10体积％，和/或

(ii)蚀刻在500-800℃温度下进行，和/或

(iii)为了保持金属催化剂呈活性，氦气氛包含1-20体积％的H₂。

20.权利要求19的方法，其中所述氦气氛的水蒸气含量为1体积％。

21.权利要求19的方法，其中蚀刻在高于600℃的温度下进行。

22.权利要求19的方法，其中氦气氛包含10体积％的H₂。

23.权利要求1-9之一的方法，其中用酸处理来去除金属颗粒。

24.权利要求23的方法，其中所述酸为含水的盐酸或者HNO₃/H₂SO₄的混合物。

25.权利要求1-9之一的方法，其中经蚀刻的碳纤维是具有90-100m²/g比表面积的碳纳米纤维或者具有5-50m²/g比表面积的碳微纤维。

26.可以通过权利要求1-25之一中所定义的方法得到的经蚀刻的碳纤维。

27.权利要求26的经蚀刻的碳纤维在复合材料、能量存储器中、作为传感器、作为吸附剂、多相催化剂的载体和在附加的氧官能化后作为催化活性物质的用途。