[发明专利]多元素掺杂碳纳米管阵列修饰碳纤维及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，含有以下步骤：

(1)阵列模板修饰碳纤维的制备：将碳纤维进行活化，得到活化的碳纤维，在该活化的碳纤维表面沉积阵列模板，得到阵列模板修饰碳纤维；

(2)阵列模板上离子液体的包覆和碳化：将咪唑类四氟硼酸盐离子液体A、咪唑类六氟磷酸盐离子液体B或咪唑类四氟硼酸盐和咪唑类六氟磷酸盐的混合离子液体C滴凃至步骤(1)得到的阵列模板修饰碳纤维表面的阵列模板上，使所述离子液体均匀地包覆在所述阵列模板上；然后将该包覆了离子液体的阵列模板修饰碳纤维在惰性气体的保护下，在450℃-750℃条件下煅烧2h-3h，使包覆在所述阵列模板上的离子液体碳化，形成碳层；并使所述离子液体A中的硼元素与氮元素共同掺杂进入所述碳层，或者使所述离子液体B中的磷元素与氮元素共同掺杂进入所述碳层，或者使所述离子液体C中的硼元素、磷元素和氮元素共同掺杂进入所述碳层，得到负载多元素掺杂碳纳米管阵列模板的碳纤维复合材料；

(3)多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备：除去步骤(2)所述负载多元素掺杂碳纳米管阵列模板的碳纤维复合材料中的阵列模板，得到多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维。

2.如权利要求1所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述咪唑类四氟硼酸盐和咪唑类六氟磷酸盐的混合离子液体C中，咪唑类四氟硼酸盐和咪唑类六氟磷酸盐的体积比为(4-10):1。

3.如权利要求1所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述咪唑类四氟硼酸盐为含有饱和烃基或不饱和烃基的咪唑类四氟硼酸盐；步骤(2)所述咪唑类六氟磷酸盐为含有饱和烃基或不饱和烃基的咪唑类六氟磷酸盐。

4.如权利要求3所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，所述咪唑类四氟硼酸盐为1-丁基-3-乙烯基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-己基咪唑四氟硼酸盐或1-乙烯基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐；所述咪唑类六氟磷酸盐为1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐或1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐。

5.如权利要求1所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述阵列模板为氧化锌纳米棒阵列模板或氢氧化镍纳米片阵列模板，步骤(3)为将所述负载多元素掺杂碳纳米管阵列模板的碳纤维复合材料与酸溶液反应，除去所述阵列模板，得到多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维。

6.如权利要求1所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述阵列模板为硫化矾纳米花阵列模板或二氧化硅纳米球阵列模板，步骤(3)为将所述负载多元素掺杂碳纳米管阵列模板的碳纤维复合材料与碱溶液反应，除去所述阵列模板，得到多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维。

7.如权利要求1所述的一种多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述活化是将碳纤维在30℃-60℃的条件下，在过氧化氢溶液中浸泡24h-48h；所述过氧化氢的质量浓度为15％-30％。

8.如权利要求1-7任一所述方法制备得到的多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维。

9.如权利要求8所述的多元素掺杂多孔碳纳米管阵列修饰碳纤维用于制备自支撑柔性微电极的应用。