[发明专利]碳-金属纳米复合物和其应用

说明书

本申请案在2009年6月18日以美国国家公司阿肯色州大学理事会(Board of Trustees of the University of Arkansas)(除美国外的所有国家的申请者)和美国居民铁托维斯瓦纳坦(Tito Viswanathan)(仅美国的指定申请者)的名义申请作为PCT国际专利申请案。

联合发起的研究的声明

本发明是在政府支持下在NSF-EPSCOR资助SURF许可编号O8-EPSCOR-009-REU和DOE许可编号DEFC 36-06G086072的条款下进行。政府在本发明中具有某些权利。

相关专利申请案的交叉引用

本申请案根据35 U.S.C.§119(e)规定主张铁托维斯瓦纳坦(Tito Viswanathan)于2008年6月18日申请的名为“由木质素、丹宁和沥青衍生物微波辅助合成碳和碳-金属复合物(MICROWAVE-ASSISTED SYNTHESIS OF CARBON AND CARBON-METAL COMPOSITES FROM LIGNIN，TANNIN AND ASPHALT DERIVATIVES)”的美国临时专利申请案第61/132,380号的优先权和权利，其内容以全文引用的方式并入本文中。

本发明的说明书中引用和论述一些参考文献(可包括专利、专利申请案和各种公开案)。仅引用和/或论述这些参考文献以阐明本发明的说明书但不承认任何这种参考文献是本文所述发明的“现有技术”。本说明书中引用和论述的所有参考文献都以全文引用的方式并入本文中，其引用程度如同个别地将各个参考文献以引用的方式并入一般。就符号而言，在下文中，上标“n”表示参考文献列表中引用的第n篇参考文献。举例来说，上标“13”表示参考文献列表中引用的第13篇参考文献，即，刘淑玲(Liu，Shuling)；刘新征(Liu，Xinzheng)；徐立强(Xu，Liqiang)；钱逸泰(Qian，Yitai)；马西骋(Ma，Xicheng)，磷化镍纳米晶体的控制合成和表征(Controlled synthesis and characterization of nickel phosphide nanocrystal)，晶体生长期刊(Journal of Crystal Growth)(2007)，304(2)，430-434。

技术领域

本发明一般来说涉及合成碳和碳-金属复合物的方法或工艺，并且更具体来说涉及由含碳前体(诸如木质素、丹宁、木质素磺酸盐、丹宁磺酸盐和其衍生物)合成碳和碳-金属复合物的微波辅助方法或工艺，和其应用。

背景技术

植物代表巨大的生物质来源，其主要由木质素和纤维素组成，并且就自然界中所见的可再生资源材料的体积而言位居首位。木材包含约20％木质素，并且通过不同方法(包括亚牛皮纸制浆法、牛皮纸制浆法(Kraft)和有机溶剂法)与纤维素分离。所制得的纤维素主要用于造纸，但留下巨大量的木质素副产品。据估计，世界上所产生的不到2％木质素得到使用。木质素主要用于分散剂、胶粘剂和表面活性剂领域。

木质素具有表面上类似于酚醛树脂的复杂结构。存在三种不同类型的木质素单体单元，即，愈创木基醇(在软木中含量很高)、丁香醇和芥子醇，所有醇的结构中都含有类苯基丙烷(phenylpropenoid)单元。图1(a)-(c)展示三种不同类型的醇/酚的结构，即，分别为木质素中的(a)愈创木基醇、(b)丁香醇和(c)芥子醇。

图1(a)-(c)中所示的结构表示木质素为芳族化合物的重要来源并且可理论上和实际上与石油竞争作为芳族烃来源。几十年来，已对木质素利用进行广泛研究，但随着勘探到的石油资源减少，所述研究已变得甚至更加重要。

已探究木质素的一个领域是在碳纤维领域中。碳纤维原料目前源自聚丙烯腈、沥青(pitch，asphalt)和人造丝。然而，需要较低成本以便进入大量应用中，诸如其以碳复合物形式用于高强度和轻质运输车辆中。

碳纤维可通过在稳定化阶段(在200℃-300℃，空气存在下，在张力下加热纤维)期间，在维持纤维结构的同时，在1000℃到2000℃下处理木质素纤维来制得。橡树岭国家实验室(Oakridge National Laboratory)，田纳西州橡树岭(Oak Ridge，TN)的研究者已显示由木质素低成本制造碳纤维是可行的。