[发明专利]用纳米结构化的碳化物化合物进行碳化物-至-碳转化的方法、设备及电极

说明书

本发明涉及使用纳米结构化的碳化物化合物将碳化物转化成碳。本发明提供一种方法，其包括：提供至少一种碳化物化合物，并使用所述碳化物化合物还原金属阳离子以形成元素碳，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。所述纳米结构化的碳化物化合物可呈以下形式：纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米膜、纳米栅线。反应物可为金属盐。可使用电化学反应或在熔化物中或溶液中的反应来形成碳。所述纳米结构化的碳化物化合物可以是电极。

背景技术

碳材料及纳米材料是材料科学与技术的日益重要的领域。重要的碳纳米材料的实例包括例如富勒烯(fullerenes)、碳纳米管、石墨烯及纳米晶金刚石。碳化物-至-碳反应及所谓的“碳化物衍生碳”(CDC)是本领域中已知的。然而，需要更好的方法来制备及控制这种碳材料，特别是在纳米级上。此外，如果诸如温度和压力的反应条件可为适度的且在经济上有吸引力，则是理想的。例如，除缺乏对产物的控制之外，一些制备方法还需要高温或低温、或高压或低压。其他制备方法需要使用诸如氯的化学品，其增加了环境及健康风险。

发明内容

本文所描述的方面及实施方案包括材料、制造材料的方法、使用材料的方法以及包含这种材料的装置、设备及系统。

例如，第一方面是一种方法，其包括：提供至少一种碳化物化合物，并使用所述碳化物化合物还原至少一种反应物以形成元素碳，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

第二方面是一种方法，其包括：由电化学电池设备的至少一个阳极中的至少一种碳化物化合物中的碳化物氧化而产生元素碳材料，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

第三方面是一种包含至少一个电化学电池的设备，该电化学电池包含：包含至少一种碳化物化合物的至少一个阳极，及至少一个阴极，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

第四方面提供一种包含至少一种碳化物化合物的电极结构，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

再者，第五方面提供一种方法，其包括操作电化学电池中的至少一个阳极，其中该阳极至少包含碳化物化合物，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

再者，第六方面提供一种方法，其包括：由至少一种碳化物化合物中的碳化物氧化而产生元素碳材料，所述碳化物化合物与包含至少一种盐的熔化物接触，所述盐包含至少一种经还原的金属阳离子，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

再者，第七方面提供一种方法，其包括：由至少一种碳化物化合物中的碳化物氧化而产生元素碳材料，所述碳化物化合物与包含至少一种有机溶剂及至少一种溶解的盐的溶液接触，所述盐包含至少一种经还原的金属阳离子，其中所述碳化物化合物是纳米结构化的。

第八方面是一种元素碳材料组合物，其通过本文所描述或要求保护的方法中的任一种制备。

第九方面是一种方法，其包括：将至少一种碳化物化合物处理成碳化物化合物的纳米结构化的形式。

第十方面是一种包含纳米结构化的碳化物化合物、基本上由纳米结构化的碳化物化合物组成，或由纳米结构化的碳化物化合物组成的组合物，所述纳米结构化的碳化物化合物例如碳化钙。

在以下具体说明和权利要求中提供这些各方面的额外实施方案。

由本文所描述的至少一个实施方案产生的至少一个优点在于更好地控制反应及反应产物，包括在纳米级上进行控制。这可为至少一些实施方案提供新颖形式的碳。

附图说明

图1以横截面形式图示呈纳米颗粒形式的纳米结构化的碳化物化合物的一个实施方案(D是直径，其将小于1,000nm)。

图2以透视图形式图示呈细长形式的纳米结构化的碳化物化合物(包括纳米线)的一个实施方案(D是宽度，其将小于1,000nm)。

图3图示呈纳米膜形式的纳米结构化的碳化物化合物的一个实施方案。膜厚度将小于1,000nm。