KR20190005167A - 나노구조화된 카바이드 화합물을 사용하는, 카바이드의 탄소로의 전환을 위한 방법, 장치 및 전극 - Google Patents

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Abstract

카바이드를 탄소로 전환시키기 위해 나노구조화된 카바이드 화합물이 사용된다. 방법은 적어도 하나의 카바이드 화합물을 제공하는 단계 및 상기 카바이드 화합물을 사용하여 금속 양이온을 환원시켜 원소 탄소를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것이다. 나노구조화된 카바이드 화합물은 나노입자, 나노와이어, 나노튜브, 나노필름, 나노라인의 형태일 수 있다. 반응물은 금속염일 수 있다. 탄소를 형성하기 위해 전기화학 반응, 또는 용융물 또는 용액 중에서의 반응이 사용될 수 있다. 나노구조화된 카바이드 화합물은 전극일 수 있다.

Description

나노구조화된 카바이드 화합물을 사용하는, 카바이드의 탄소로의 전환을 위한 방법, 장치 및 전극
탄소물질 및 나노물질은 점점 더 중요해지고 있는 물질 과학 및 기술의 분야이다. 중요한 탄소 나노물질의 예로는, 예를 들어 풀러렌, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 나노결정질 다이아몬드를 포함한다. 카바이드의 탄소로의 반응(carbide-to-carbon reaction) 및 소위 "카바이드 유도 탄소(carbide-derived carbon)"(CDC)는 당업계에 공지되어 있다. 그러나 특히 나노스케일에서 이러한 탄소 물질을 제조 및 제어하기 위해서는 더 우수한 방법이 필요하다. 또한, 온도 및 압력과 같은 반응 조건이 온화하고 경제적으로 매력적일 수 있다면 바람직하다. 예를 들어, 일부 제조 방법은 제품에 대한 제어 부족에 더하여, 고온 또는 저온 또는 고압 또는 저압에 대한 필요성의 문제가 있다. 다른 제조 방법은 환경 및 건강 위험을 증가시키는 염소와 같은 화학 물질의 사용을 필요로 한다.
개요
본원에 기재된 양상 및 실시양태는 물질, 물질의 제조 방법, 물질의 사용 방법, 및 이러한 물질을 포함하는 디바이스, 장치 및 시스템을 포함한다.
제1 양상은 예를 들어, 적어도 하나의 카바이드 화합물(chemical compound)을 제공하는 단계 및 상기 카바이드 화합물을 사용하여 적어도 하나의 반응물을 환원시켜 원소 탄소를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 방법이다.
제2 양상은 전기화학 전지 장치의 적어도 하나의 애노드 내의 적어도 하나의 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 방법이다.
제3 양상은 적어도 하나의 카바이드 화합물을 포함하는 적어도 하나의 애노드, 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 전지를 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 장치이다.
제4 양상은 적어도 하나의 카바이드 화합물을 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 전극 구조체를 제공한다.
더 추가로, 제5 양상은 전기화학 전지 내에서 적어도 하나의 애노드를 작동하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 애노드는 적어도 카바이드 화합물을 포함하고, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 방법을 제공한다.
더 추가로, 제6 양상은 환원된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 적어도 하나의 염을 포함하는 용융물과 접촉된 적어도 하나의 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법을 제공한다.
더 추가로, 제7 양상은 적어도 하나의 유기 용매 및 환원된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 적어도 하나의 용해된 염을 포함하는 용액과 접촉된 적어도 하나의 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 것인 방법을 제공한다.
제8 양상은 본원에 기재 또는 청구된 방법 중 어느 것에 의해 제조된 원소 탄소 물질 조성물이다.
제9 양상은 적어도 하나의 카바이드 화합물을 카바이드 화합물의 나노구조화된 형태로 가공하는 단계를 포함하는 방법이다.
제10 양상은 예를 들어, 칼슘 카바이드와 같은 나노구조화된 카바이드 화합물을 포함하거나, 이로 실질적으로 이루어지거나 또는 이로 이루어진 조성물이다.
이들 다양한 양상의 추가의 실시양태는 하기 상세한 설명 및 청구항에서 제공된다.
본원에서 기재된 적어도 하나의 실시양태에서 기인하는 적어도 하나의 이점은 나노스케일에서의 제어를 포함하는 반응물 및 반응 생성물에 대한 더 양호한 제어이다. 이는 적어도 일부 실시양태에서 새로운 형태의 탄소를 제공할 수 있게 한다.
도 1은 나노입자 형태의 나노구조화된 카바이드 화합물에 대한 일실시양태를 단면으로 도시한 것이다(D는 1,000 nm 미만일 것인 직경이다).
도 2는 나노와이어를 포함하는 세장된 형태(elongaged form)의 나노구조화된 카바이드 화합물에 대한 일실시양태를 사시도로 도시한 것이다(D는 1,000nm 미만일 것인 폭이다).
도 3은 나노필름 형태의 나노구조화된 카바이드 화합물에 대한 일실시양태를 도시한 것이다. 막 두께는 1,000 nm 미만일 것이다.
상세한 설명
서론
다양한 실시양태의 추가의 상세한 설명이 본원에서 제공된다.
본원에서 인용된 참고문헌은 전체적으로 참고로 본원에 통합된다. 참고문헌 중 어느 것도 선행 기술임을 인정하지 않는다.
또한, 청구항 전환어 "∼을 포함하는", "∼으로 실질적으로 이루어진" 및 "∼으로 이루어진"은 방법, 조성물 또는 장치에 관계없이 본원에서 기재된 다양한 실시양태를 기재 및/또는 청구하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 기본 및 신규한 특징이 본원에 기재되어 있고 청구된 실시양태로부터 구성 요소의 배제를 허용한다. 청구항은 개방되거나, 부분적으로 폐쇄되거나, 또는 폐쇄된 청구항(closed claim)일 수 있다.
카바이드 화합물은 강철 제조에 사용되는 것으로 공지되어 있지만, 실시양태는 본원에 기재된 방법 및 조성물이 강철의 제조와 관련이 없는 것이다.
카바이드의 탄소로의 전환 반응(CARBIDE-TO-CARBON CONVERSION REACTION)
카바이드의 탄소로의 전환 반응, 및 관련 반응은 전체가 참고로 본원에 통합된, 하기의 문헌에서 반영된 바의 당업계에 일반적으로 공지된 것이다:
2014년 3월 14일자에 출원되고 2014/0271441로 공개된 미국 출원 제 14/213,533호는 열처리 공정에서 그러나 종래 기술의 공정에 비해 비교적 저온에서 카바이드 및 용융, 금속염으로부터 탄소를 제조하는 방법을 기술한다. 2014년 3월 14일자에 출원되고 WO 2014/144374로 공개된 PCT 출원 PCT/US2014 /028755도 열처리 공정에서 그러나 비교적 저온에서 카바이드 및 용융, 금속염으로부터 탄소를 제조하는 방법을 기술한다. 또한 원소 탄소 물질을 정제 및 처리하는 가공 단계를 기재한다. 도 6 및 7은 이들 방법에 의해 제조된 원소 탄소 물질의 예를 나타낸다;
2015년 10월 19일자에 출원된 미국 특허 출원 14/886,319는 실온 및 압력에서 전기화학 장치의 사용뿐만 아니라 용매 공정의 사용을 포함하는, 온화한 온도 및 압력에서 카바이드로부터 탄소를 제조하는 방법을 기술한다. 출원 14/886,319는 탄소의 제조 방법, 탄소 제조 장치, 카바이드 전극, 반응 생성물, 후 반응 공정 및 도면, 데이터 및 실시예에 의해 뒷받침되는 적용에 대한 실시양태를 기술하며, 이들 모두는 그의 전체가 참고로 본원에서 통합된다;
Y. Gogotsi, (Ed.), Carbon Nanomaterials, 2006, Chapter 6, "Carbide-Derived Carbon," (G. Yushin et al.), pp. 211-254;
Carbon Nanomaterials, 2nd Ed., CRC Press, 2014, Chapter 11, "Carbide-Derived Carbon," (Y. Korenblit et al.), pp. 303-329;
D. Osetzky,　 Carbon, 12, 517-523, 1974;
N.F. Fedorov, et al., J. Appl . Chem . USSR, 54, 2253-2255, 1981;
N.F. Federov, et al., Russ J. Appl . Chem. 71, 584-588, 1998;
N.F. Federov, et al., Russ . J. Appl . Chem. 71, 795-798, 1998;
(러시아) Ivakhnyuk,　 Z. Prikladnoi Khimii, 60, 852-856, 1987 ("Carbon enriched calcium carbide and possibility of its application");
(러시아) Ivakhnyuk,　 Z. Prikladnoi Khimii, 60, 1413-1415, 1987 ("Study of properties of carbon derived from calcium carbide in the presence of nitrogen");
(러시아) Samonin,　 Z. Prikladnoi Khimii, 60, 2357-2358, 1987 ("On mechanism of interaction between calcium carbide and metal chlorides");
SU 특허 제996324호;
SU 특허 제1175869호;
Han et al., J. Phys . Chem., 2011, 115, 8923-8927;
미국 특허 제3,066,099호;
Dai et al., Mat . Chem . Phys., 112, 2, 2008, 461-465(CaC2-CDC, nanostructured carbon by chlorination of CaC at moderate temperatures);
카바이드 유도 탄소(CDC)는 예를 들어, 미국 특허 공개 2001/0047980; 2006/0165584; 2006/0165988; 2008/0219913; 2009/0036302; 2009/0117094; 2009/0258782; 2009/0301902를 포함하는 특허 문헌에 기술되어 있다;
또한, DE 1667532 Greiner(1971)은 600℃ 내지 1000℃의 온도를 사용하는 전해질에서 카바이드의 사용을 포함할 수 있는 전기화학 시스템으로부터의 저온 다이아몬드 제조라고 불리우는 것을 기술하고 있다. 그러나, 데이터는 제공되지 않는다.
또한, 미국 특허 제4,738,759호(1988)는 칼슘 카바이드가 전기분해되어 애노드에서 흑연 스폰지를 형성할 수 있는 전기분해 공정을 기술한다. 온도는 예컨대 700℃ 내지 1,000℃가 사용된다;
노스 텍사스 대학(Univ. N. Texas)의 2002년 8월의 첸 엠.에스.(Chen M.S.) 논문은 비정질 탄소 및 다이아몬드 유사 탄소(DLC: diamond like carbon) 막의 전기화학 증착을 기술하고 있다. 전기 화학 증착은 액체 암모니아에서 아세틸렌의 저온(-40℃ 미만) 용액을 사용하여 수행되었다;
문헌 [Kulak, Electrochem . Comm., 5, 2003, 301-305]은 리튬 아세틸라이드 용액으로부터 탄소를 함유하는 매우 얇은 다공성 막(50-100 nm 두께)의 실온 전착을 기술하고 있다. 그러나 막의 현미경 이미지는 저품질의 물질을 나타내며(도 2) 대부분의 막은 명백히 탄소가 아니다;
미국 2011/0290655(Nishikiori; Toyota)은 카바이드 이온을 포함하는 용융 염 전해질 조를 사용하여 애노드 기판 상에 탄소 막을 전기화학적으로 증착하고 DC 전압을 인가하여 탄소 막을 증착시키는 방법을 기술하고 있다. 조 온도는 250℃ 내지 800℃이다. 탄소 막은 주로 x 선 회절에 따라 흑연 유사 탄소를 포함하는 비정질 탄소라고 불리운다.
카바이드 화합물
카바이드 화합물 또는 "카바이드"는 당업계에 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌 [Cotton & Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 4th Ed., 1980, pages 361-363; 및 Kosolapova, Carbides, Properties, Production, and Applications, Plenum Press, 1971] 참조. 이 문헌은 카바이드의 유형을 염유사 카바이드, 틈새형 카바이드 및 공유 카바이드로 분류한다. 카바이드는 또한 옥시카바이드 내의 산소와 같은 다른 원소를 포함할 수 있다(예를 들어, 미국 특허 제6,514,897호 및 제5,599,624호 참조).
공지의 카바이드 화합물은, 예를 들어, 알루미늄, 비소, 베릴륨, 붕소, 칼슘, 크롬(5가지 상이한 Cr:C 비율), 코발트, 하프늄, 철(7가지 상이한 Fe:C 비율), 란타늄, 망간(2가지 상이한 Mn:C 비율), 마그네슘(2가지 상이한 Mg:C 비율), 몰리브덴(3가지 상이한 Mo:C 비율), 니켈(2가지 상이한 Ni:C 비율), 니오븀(2가지 상이한 Nb:C 비율), 플루토늄(2가지 상이한 Pu:C 비율), 인, 스칸듐, 규소, 탄탈륨(2가지 상이한 Ta:C 비율), 토륨(2가지 상이한 Th:C 비율), 티타늄, 텅스텐(2가지 상이한 W:C 비율), 우라늄(2가지 상이한 U:C 비율), 바나듐(2가지 상이한 V:C 비율) 및 지르코늄 카바이드를 포함한다. 또한, 카바이드는 코발트 텅스텐 카바이드와 같은 2개의 상이한 금속으로 형성될 수 있다.
일실시양태에서, 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드 또는 중간 전이 금속 카바이드이다. 더욱 특히, 카바이드 화합물은 일실시양태에서, 염 유사 카바이드이다. 다른 실시양태에서, 카바이드 화합물은 메타나이드, 아세틸라이드, 또는 세스퀴카바이드이다.
메타나이드는 물과 반응하여 메탄을 생성한다. 메탄은 sp3 혼성으로 4개의 수소 원자에 결합된 탄소 원자이다. 메타나이드의 두 가지 예는 알루미늄 카바이드(Al4C3)와 베릴륨 카바이드 (Be2C)이다. 아세틸라이드는 아세틸라이드 음이온 C2 -2의 염이고 또한 두 탄소 원자 사이에 삼중 결합을 갖는다. 삼중 결합 탄소는 sp1 혼성을 가지며 아세틸라이드의 두 가지 예는 나트륨 카바이드(Na2C2) 및 칼슘 카바이드(CaC2)이다. 세스퀴카바이드는 다원자 음이온 C3 -4를 함유하고 sp1 혼성을 갖는 탄소 원자를 함유한다. 세스퀴카바이드의 두 가지 예는 마그네슘 카바이드 (Mg2C3) 및 리튬 카바이드(Li4C3)이다.
세스퀴카바이드는 sp1 탄소의 제조에 특히 유용하다. 750℃ 초과에서 불활성 아르곤 대기 하에 용융 마그네슘 금속을 통해 메탄을 버블링하여 실험실에서 Mg2C3를 제조할 수 있다. 펜탄과 같은 다른 탄화수소는 또한 실행 가능한 후보가 될 수 있다. 또한 용융 마그네슘(Mg) 반응은 거의 수행되지 않은 또 다른 화학 분야이다. 용융된 Mg 반응에 대한 연구는 용융된 Mg와 관련된 위험 때문에 제한적이었으며, 특히 수소 가스를 생성하는 공정에서도 그러했다. 그러나 마그네슘 세스퀴카바이드의 합성과 매우 유사한 공정은 메탄을 직접적으로 흑연 형태의 탄소 및 수소 가스로 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 메탄은 Mg 및 염화마그네슘 염의 용융 용액을 통해 버블링될 수 있다. 아르곤 대기 하에서 750℃ 초과의 온도로 가열될 때 원소 Mg 금속 및 MgCl2 모두 용융되어 액체 용액을 형성한다. Mg 세스퀴카바이드 합성과 유사하게 메탄은 용액을 통해 버블링되어 부가가치 생성물로서 수집될 수 있는 MgC2(마그네슘 카바이드) 또는 Mg2C3와 수소 가스를 생성한다. 카바이드는 그 후 카바이드 반응을 일으키는 탄소의 원래의 화학적 성질을 기초로 하여 금속염과 반응한다. Mg2C3 및 MgCl2는 액체 용액의 일부로 잔류할 수 있는 흑연 형태의 원소 탄소, 원소 Mg 금속 및 MgCl2로 전환된다. 따라서 Mg 금속과 MgCl2 염은 전체 공정을 통해 변함없이 유지될 것이며 한편 메탄은 순수 탄소와 수소 가스로 전환될 것이다.
특정 실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 나트륨 카바이드, 마그네슘 카바이드, 리튬 카바이드, 베릴륨 카바이드, 철 카바이드, 구리 카바이드, 및 크롬 카바이드이다. 나트륨 카바이드는 더 가벼운 장점이 있다.
다른 보다 특정한 실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드이다. 칼슘 카바이드가 특히 바람직하다.
또 다른 실시양태에서, 카바이드 화합물은 애노드에서 또는 애노드로서 기능하기에 충분한 전자 전도도를 갖는다. 상이한 카바이드에 대한 전도도는 순도 및 온도와 같은 인자에 따라 달라질 수 있다. 그러나 특정 적용에 대하여 당업자는 전자 전도도가 충분한지 및 필요에 따라 어떻게 전도도를 조정하는지에 대하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 카바이드 화합물은 적어도 10-8 S/cm, 또는 적어도 10-7 S/cm, 또는 적어도 10-6 S/cm, 또는 적어도 10-5 S/cm, 또는 적어도 10-4 S/cm, 또는 적어도 10-3 S/cm, 또는 적어도 10-2 S/cm, 또는 적어도 10-1 S/cm, 또는 적어도 100 S/cm의 전자 전도도를 가질 수 있다. 칼슘 카바이드의 전자 전도도는 충분한 전도도에 대한 유용한 벤치마크를 제공한다. 특정 카바이드에 대한 성질에 의해 제공된 한계를 제외하고 특별한 상한은 존재하지 않는다.
카바이드 화합물의 형태는 또한 본원에서 나노구조화에 관하여 기재한 바와 같이 변할 수 있다.
카바이드 화합물은 조성물에 사용될 수 있고, 원하는 반응이 달성될 수 있을 정도로 바인더 또는 전도제(conductivity agent)와 같은 다른 성분과 혼합될 수 있다. 일부 실시양태에서, 하나 초과의 카바이드 화합물이 사용될 수 있다.
카바이드의 단편 또는 입자를 함께 유지하기 위해 전자 전도성 바인더를 사용할 수 있다. 이것은 예를 들어 전도성 표면과 직접 접촉하는 카바이드의 표면적을 증가시킬 수 있다. 전자 전도성 바인더는 또한 바인더의 전도성 및 다른 특성이 생성된 원소 탄소 물질의 특성을 변화시키기 위해 사용될 수 있는 복합 물질을 제조하는 방법으로 선택될 수 있다. 전자 전도성 바인더의 예는 폴리티오펜 또는 폴리아닐린과 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 형태의 공액 중합체를 포함한다. 고분자 바인더가 사용될 수 있다.
일실시양태에서, 카바이드 화합물은 용매 비히클을 포함하는 잉크 시스템의 일부일 수 있다. 용매는 유기 용매 또는 물일 수 있으며, 용매의 혼합물이 사용될 수 있다. 첨가제가 사용될 수 있다. 나노입자는 비히클에 현탁될 수 있으며 안정제가 사용될 수 있다. 잉크는 막 가공 및 형성에 유용할 수 있다.
일실시양태에서, 카바이드 화합물은 공유 카바이드가 아니며 또 다른 실시양태에서, 규소 카바이드가 아니다.
카바이드 화합물의 순도는 가능한 높게 제조될 수 있으며, 예를 들어 적어도 80 중량%, 또는 적어도 85 중량%, 또는 적어도 90 중량%, 또는 적어도 95 중량%, 또는 적어도 99 중량%를 포함한다.
일부 카바이드 화합물은 "나노분말"로서 상업적으로 구입 가능하다. 이들은 예를 들어, TiC, SiC, 텅스텐(IV)C, Cr3C2, TaC, VC, 및 ZrC를 포함한다.
카바이드 화합물의 결정성은 균일 또는 혼합 모폴로지인지, 단결정, 다결정질, 나노결정질, 또는 비정질인지에 관계 없이 특별히 제한되지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드이다. 탄소원 및 칼슘원으로부터 칼슘 카바이드의 제조는 특히 대형 제조 규모에서 공지되어 있다. 칼슘 카바이드는 전형적으로 용융 상으로서 매우 높은 온도에서 제조된 후 더 큰 슬래브로 냉각되며 그 후 입자로 파쇄되고 입자 크기에 따라 분류된다. 고온을 생성하기 위해 전기 아크로(electric arc furnace)가 전형적으로 사용된다. 칼슘 카바이드는 아세틸렌을 형성하기 위해 물에 반응하는 것으로 공지되어 있으며 단계는 칼슘 카바이드를 수분 및 공기로부터 멀리하기 위한 조치를 취할 수 있다. 아세틸렌을 형성하는 수분과의 반응성 때문에, 칼슘 카바이드는 적절하게 취급하지 않으면 폭발 또는 화재 위험이 있을 수 있다.
마이크로파 반응기와 같은 칼슘 카바이드를 제조하는 다른 방법을 이용할 수 있다 (Pillai et al., Ind . Eng . Chem . Res., 2015, 54(44), 1001-11010, 2015).
아세틸렌과 칼슘 카바이드의 반응은 탄소 나노입자의 제조에 유용한 것으로 보고되어 있다(Rodygin et al., Chem . Asian J., 2016, 11, 7, 965-976).
카바이드 제조 방법은 카바이드 화합물의 나노구조화된 형태를 제공하도록 조정될 수 있다. 카바이드 화합물은 나노구조화된 형태로 직접 형성되거나, 또는 형성 후 나노구조화된 형태로 가공될 수 있다.
나노구조화
카바이드 화합물은 나노구조화되어 있으며("나노구조화된 카바이드 화합물"), 이는 당업계에 일반적으로 공지된 용어이다. 나노구조체는 예를 들어, 당업계에 공지된 바와 같이 1차원, 2차원 및 3차원 형태를 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 1차원(예컨대, 나노필름)으로 나노구조화 되고; 또 다른 실시양태에서, 카바이드 화합물은 2차원(예컨대, 나노로드 또는 나노와이어)으로 나노구조화 되며; 또 다른 실시양태에서, 카바이드 화합물은 3차원(예컨대 나노입자)으로 나노구조화된다. 나노구조화된 카바이드 화합물은 본원에서 인용된 참고문헌(예컨대, Silicon Carbide Nanostructures , Fabrication , Structure, and Properties, (Fan, Chu, Eds.), 2014, 나노입자, 나노와이어, 나노튜브, 및 나노필름을 기재하고 있음)에 기재된 바와 같이 당업계에 공지되어 있다. 나노구조화 및 나노구조체는 고체 카바이드 화합물을 포함하는 임의의 고체 물질 표면에 존재하는 나노스케일의 정상적이고 고유한 표면 특징을 의미하지 않는다. 오히려, 나노구조화 및 나노구조체는 예를 들어 나노입자, 나노와이어 또는 나노필름의 형성을 통해 물질로 조작된다.
다양한 나노구조체가 당업계에 공지되어 있다. 나노구조체는, 예를 들어, 나노입자, 나노분말, 나노클러스터, 나노섬유, 나노와이어, 나노튜브, 나노필름, 나노라인, 나노혼(nanohorn), 나노위스커, 노나오니온, 나노플레이트, 나노로드, 나노시트, 나노링, 나노벨트, 나노디스크, 나노타워 및 나노쉘일 수 있다. 이들 용어 중 일부는 다른 용어의 하위군으로 간주 될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자, 적어도 하나의 나노와이어, 적어도 하나의 나노튜브, 적어도 하나의 나노필름, 또는 적어도 하나의 나노라인의 형태이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 나노와이어는 중공 또는 비중공일 수 있으며, 중공 나노와이어는 또한 나노튜브로 지칭될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 보다 짧은 종횡비(길이/폭)을 갖는 나노와이어는 나노로드로 지칭될 수 있다. 10의 종횡비는 나노로드 형태의 나노와이어를 나노로드가 아닌 나노와이어와 구별하기 위해 사용될 수 있지만, 본원의 목적에서 나노로드는 또한 나노와이어이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 나노필름이 폭보다 훨씬 더 긴 길이, 예컨대 폭보다 2배, 3배, 또는 4배 또는 그 이상의 더 긴 길이를 갖는다면 나노필름은 나노라인일 수 있다.
나노구조체는 1 nm 내지 1,000 nm, 또는 1 nm 내지 500 nm, 또는 1 nm 내지 250 nm, 또는 1 nm 내지 100 nm, 또는 1 nm 내지 50 nm, 또는 100 nm 내지 1,000 nm, 또는 100 nm 내지 500 nm, 또는 100 nm to 250 nm, 또는 250 nm 내지 500 nm, 또는 500 nm 내지 1,000 nm와 같은 치수를 특징으로 할 수 있다. 치수는 예를 들어 직경 또는 평균 직경 또는 폭, 또는 두께 또는 평균 두께를 나타낼 수 있다.
특정 나노구조체의 부피에 대하여는 특정한 상한 또는 하한이 없지만, 부피는 예를 들어 20 입방 미크론 미만, 또는 10 입방 미크론 미만, 또는 1 입방 미크론 미만, 또는 0.8 입방 미크론 미만, 0.6 입방 미크론 미만, 또는 0.4 입방 미크론 미만, 또는 0.2 입방 미크론 미만, 또는 0.5 입방 미크론 미만, 또는 0.001 입방 미크론 미만일 수 있다.
나노구조체의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 나노입자는 나노와이어, 나노튜브, 또는 나노로드와 혼합될 수 있다.
나노구조체는 다공성 또는 비다공성일 수 있다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 다른 상이한 물질과 혼합된다. 상이한 물질은 나노구조체에 있을 수 있거나 별개의 입자 또는 와이어와 같은 별개의 구조체에 있을 수 있다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 매트릭스 물질 내에서 유지된다. 나노구조체는 사용 전에 압축될 수 있다.
카바이드 화합물의 나노구조화는 카바이드 화합물의 합성으로 되돌아가는 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 카바이드 화합물이 용융 상태 또는 연질 상태로 제조된다면, 이러한 용융 또는 연질 상태로 처리될 수 있다. 몰딩 및 가압 작업을 사용할 수 있다. 몰드는 나노구조화가 되도록 조정될 수 있다. 단계는 카바이드 화합물이 형성됨에 따라 이것이 공기, 산소 및 수분에 노출되는 것을 감소시키는 조치를 취할 수 있다. 특히, 칼슘 카바이드를 형성하는 공정은 나노구조화된 형태를 도입하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제1,889,951호는 칼슘 카바이드의 냉각 방법을 기재하고 있으며, 예를 들어, 이 방법은 조정될 수 있다. 미국 특허 제3,201,052호는 또한 칼슘 카바이드 블록을 파쇄 및 냉각하는 공정을 기재하고 있다. 미국 특허 제4,508,666호는 또한 용융 칼슘 카바이드를 냉각 및 미분쇄하는 방법을 기재하고 있다.
문헌 [El-Naas et al., Plasma Chemistry and Plasma Processing, 18, 3 (1998)]은 미세 입자 반응물을 사용하여 더 미세한 입자 크기를 갖는 과립 생성물을 제공하는 플라즈마 반응기에서 칼슘 카바이드의 고상 합성을 기술하고 있다. 예를 들어, 산화칼슘은 170 미크론의 입자 크기를 가질 수 있으며 흑연은 130 미크론의 입자 크기를 가질 수 있다.
칼슘 카바이드에 대한 부가적인 특허 문헌은 2011/0123428; 2002/0197200; 2005/0170181; 2014/0311292; 및 2005/0171370를 포함한다. 공지 방법은 나노구조화된 카바이드 화합물에서 나노구조체를 형성하도록 조정될 수 있다.
나노입자
나노입자는 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 나노입자는 개별적인 나노입자를 관찰하고 또한 복수의 나노입자의 집합체(collection)를 관찰함에 의해, 및 집합체를 특성화하기 위한 통계를 사용함으로써 특성화될 수 있다. 나노입자는 나노구조화된 직경으로 특성화될 수 있다. 나노입자의 혼합물이 사용될 수 있다. SEM 및 TEM 방법과 같은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 입자 크기, 형상 및 직경을 측정할 수 있다. 입자 형상은 일반적으로 구형일 수 있으며, 또는 약간 세장형이며 구형이 아닐 수 있다.
예를 들어, 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 예에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 100 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 예에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 예에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 500 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 예에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 카바이드 화합물의 마이크로입자 및 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
또 다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 전자 전도성 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노입자는 고분자 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 응집된(agglomerated) 나노입자의 형태이다.
특히 바람직한 실시양태에서, 나노입자는 칼슘 카바이드 나노입자이다.
나노입자는 원하는 나노치수(nanodimension)로 입자 크기를 감소시키는 그라인딩 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 마이크로입자와 같은 더 큰 입자로부터 나노입자 부분을 단리할 수 있도록, 입자의 집합체를 분리 또는 분류할 수 있다.
입자를 그라인딩하기 위한 하나의 공정은 미크론, 서브 미크론 및 나노스케일 수준에서 수행된 미세 그라인딩을 포함하는 유니온 공정(Union process)이다. 습식 그라인딩 및 건식 그라인딩을 수행할 수 있다. 유니온 프로세스사(Union Process, Inc; 오하이오주, 애크론 소재)에서 입수 가능한 장비 및 문헌 참조.
CN1498976은 "강철용 나노복합 칼슘 카바이드 및 칼슘 산화물 기재의 탈황기(desulfurizer)"를 기술하고 있다. 간단히, 이것은 칼슘 카바이드 또는 산화칼슘 나노입자(65-95 중량%), 석회질의 높은-Al 시멘트 클링커 및 일련의 분말을 함유하는 강철용 나노급 복합 칼슘 카바이드(또는 산화 칼슘) 기재 탈황제를 기술하고 있다. 고 에너지 유니온 공정(오하이오 주 소재)은 100 nm 급 제품으로 분쇄되는 2 미크론 입자로 교반 밀에서 사용할 수 있다.
미국 특허 제7,025,945호는 기계적으로 제조된 수 미크론 이하의 입자 크기를 갖는 칼슘 카바이드 미세 분말의 제조를 기술하고 있다.
미국 특허 제2,323,597호는 칼슘 카바이드를 그라인딩 하기 위한 다단계 연속 공정을 기술하고 있다.
Vorozhtsov 등은 열간 압축에 의해 제조된 Al4C3 나노입자를 기술하고 있다(Russian J. of Non - Ferrous Metals, 2012, 53, 5, 420).
Streletskii 등은 알루미늄 카바이드 미세 분말의 기계화학적 합성을 기술하고 있다.
Fe3C 나노입자는 문헌 [Chemistry of Materials , 2010, 22(18), 5340-5344]에 기재되어 있다.
나노구조화된 Mo2C 나노입자는 문헌 [Chen et al., Energy Environ . Sci. 2013, 6, 943]에 기재되어 있다.
나노구조화된 TaC는 예를 들어, 문헌 [de Oliveira et al., Sintering Techniques of Materials, 2015, Chapter 6, p. 107 (InTech)]에 기재되어 있다.
카바이드의 나노구조화된 클러스터는 미국 특허 제7,025,945호 및 미국 특허 공개 2004/0028948에 기재되어 있다. 또한 문헌 [Nishi et al., Chem. Phys. Letters, 369, 1-2, 198-203 (2003)] 참조.
직경 D를 갖는 나노입자의 예가 이상적인 구형 실시양태를 나타내는 도 1에 단면으로 도시되어 있다.
나노와이어/나노튜브/나노로드
나노와이어, 나노로드, 및 나노튜브는 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 나노와이어 또는 나노튜브의 직경은 나노치수일 수 있다. 이들 구조체의 양상(길이 대 직경 비율)은 종래의 나노와이어 또는 나노튜브 구조체에 비해 상대적으로 낮을 수 있고, 10 미만이면 나노와이어는 나노로드라고도 지칭될 수 있다. 또한, 카바이드 화합물은 나노와이어 또는 나노튜브 형태로 제조를 용이하게 하는 하나 이상의 다른 물질과 혼합되어 세장을 허용하도록 도울 수 있다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노와이어의 형태이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노와이어의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노와이어는 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 나노와이어의 집합체의 일부이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노와이어의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노와이어는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 나노와이어의 집합체의 일부이다.
일실시양태에서, 나노와이어는 3 내지 10과 같은 10 미만의 종횡비를 갖는다. 다른 실시양태에서, 종횡비는 10 초과이다.
또 다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노튜브의 형태이다.
또 다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노튜브의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노튜브는 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 나노튜브의 집합체의 일부이다.
또 다른 실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노튜브의 형태이며, 여기서 적어도 하나의 나노튜브는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 나노튜브의 집합체의 일부이다.
특히 바람직한 실시양태는 칼슘 카바이드 나노섬유, 칼슘 카바이드 나노와이어, 또는 칼슘 카바이드 나노튜브, 또는 칼슘 카바이드 나노로드이다.
나노와이어는 연신 공정으로 제조될 수 있다.
Chen 등은 Al4C3 나노로드를 기술하고 있다(Adv . Eng . Mat., 2014, 16, 8).
Sun 등은 나노와이어를 포함하는 Al4C3 1차원 나노구조체를 기술하고 있다 (Nanoscale, 2011, 3, 2978).
Sun 등은 나노와이어를 포함하는 Al4C3 1차원 나노구조체를 기술하고 있다(ACSNano, 2011, 5, 2, 2011).
He 등은 나노 템플레이트 반응에 의한 알루미늄 카바이드 나노와이어의 제작을 기술하고 있다(Carbon, 48, 2010, 931).
CN101125652는 알루미늄 카바이드 나노벨트의 합성 방법을 기술하고 있다.
Zhang 등은 알루미늄 카바이드 나노와이어 및 나노리본을 제조하기 위한 자기 조립 공정을 기술하고 있다.
미국 특허 제6,514,897호는 카바이드 및/또는 옥시카바이드를 갖는 나노로드를 기술하고 있다.
Schmueck 등은 V8C7 제조를 포함하여, 염 플럭스(salt flux) 합성을 통한 나노구조화된 금속 카바이드의 제조를 기술하고 있다(Inorganic Chemistry, 2015, 54(8) 3889).
나노와이어의 예는 직경 D를 갖는 이상적인 구형 표현을 나타내는 도 2의 사시도에서 나타낸다.
나노필름 및 나노라인
나노필름 및 나노라인은 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 본원에서, 두께 크기는 나노구조화될 수 있다. 라인은 선형 또는 곡선형(curvilinear)에서의 곡선이 될 수 있다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노필름의 형태이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 하나의 나노필름의 형태이며, 나노필름은 나노라인의 형태이고, 여기서 라인은 1 mm 이하의 라인 폭을 갖는다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 막 두께를 갖는 적어도 하나의 나노필름의 형태이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 1 nm 내지 100 nm의 평균 막 두께를 갖는 적어도 하나의 나노필름의 형태이다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 기판상에 배치된 적어도 하나의 나노필름의 형태이다. 기판은 무기 또는 유기 물질일 수 있으며, 예를 들어, 유리, 금속, 중합체, 세라믹, 복합물 또는 다른 유형의 물질일 수 있다. 나노필름 및 나노라인은 무기 또는 유기 물질로 제조된 기판을 포함하는 고체 기판상에 증착시킴으로써 배치될 수 있다. 나노필름 또는 나노라인의 패터닝이 수행될 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 나노필름 및 나노라인은 칼슘 카바이드 나노필름 및 칼슘 카바이드 나노라인이다.
나노필름은 가압 용융 형태의 카바이드 화합물로 제조될 수 있다. 또 다른 방법은 스퍼터링, 화학 기상 증착, 이온 주입법, 등과 같은 기판상의 박막 증착 방법이다.
Sun 등은 Al4C3 나노벽을 기술하고 있다(Cryst . Eng . Comm., 2012, 14, 7951).
S. Reynaud는 박막의 스퍼터링에 의해 제조된 붕소 카바이드 나노구조화된 물질의 제조를 기술하고 있다(PhD thesis, Rutgers Univ., 2010).
나노필름의 예는 도 3의 사시도로 나타낸다.
산화/환원 반응; 반응 조건
산화 및 환원 반응은 온도 및 압력을 포함하는 다양한 반응 조건하에서 수행될 수 있다. 반응물은 나노구조화된 카바이드 화합물과 함께 사용된다. 많은 반응 조건 및 반응을 수행하기 위한 장치 및 반응 용기가 14/886,319 및 PCT 출원 PCT/US2014/028755를 포함하는 본원에서 인용된 특허 출원에 기재되어 있다. 몇몇 납 실시양태는 전기화학 접근법의 사용, 용융 접근법의 사용 및 용매 접근법의 사용을 포함하며, 이는 하기에서 더 기술된다. 전기화학 및 용매 접근법은 특히 미국 14/886,319에 기재되어 있으며, 용융 접근법은 특히 PCT 출원 PCT/US2014/028755에 기재되어 있다. 나노구조화된 카바이드 화합물이 산화됨에 따라 환원되는 반응물이 사용된다. 반응물은 예를 들어, 산화 카바이드의 전자로부터 금속 양이온이 환원되는 금속염일 수 있다. 일부 실시양태에서, 카바이드 화합물은 예를 들어, 반응물이 용융물 또는 용액 상에 있고 카바이드 화합물과 직접 물리적 접촉되는, 직접 물리적 접촉이 가능하다. 다른 실시 양태에서, 반응물 및 카바이드 화합물은 직접, 물리적 접촉은 할 수 없지만, 전기화학 전지에서 전기 전도성 경로를 통해 간접적으로 연결된다.
실온을 포함하는 비교적 낮은 온도가 탄소를 형성하기 위한 반응에 사용될 수 있다. 예를 들어, 온도는 예를 들어 약 -50℃ 내지 약 100℃, 또는 약 10℃ 내지 약 90℃, 또는 약 0℃ 내지 약 50℃, 또는 약 15℃ 내지 약 50℃일 수 있다. 온도는, 예를 들어, 약 20℃ 내지 약 30℃, 또는 약 23℃, 24℃, 또는 25℃일 수있다. 일부 실시양태에서, 가능하다면 냉각, 가열 및 온도 제어 엘리먼트의 비용을 회피하기를 원할 것이다. 일부 실시양태에서, 가능한 주위에 가까운 반응을 수행하기를 원할 것이다. 당업계에서 공지된 바와 같이, 보다 큰 제조 작업에서, 작업 중 하나의 포인트로부터의 과도한 열은 열을 필요로 하는 작업의 또 다른 포인트로 전달될 수 있다.
다른 실시양태에서, 환원은 약 400℃ 미만의 온도, 또는 약 15℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행된다. 다른 실시양태에서, 환원은 약 300℃ 미만의 온도에서 수행된다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 실온에서 수행된다.
수분, 공기, 산소가 없는 환경을 반응에 사용할 수 있으며 불활성 가스를 사용할 수 있다.
압력은 약 1 기압(760 torr) 또는 표준 압력일 수 있다. 압력은 예를 들어 약 720 torr 내지 약 800 torr일 수 있다. 대안적으로, 압력은 예를 들어 약 0.5 기압 내지 약 5 기압, 또는 약 0.9 기압 내지 약 1.1 기압일 수 있다. 일부 실시양태에서, 가능하다면 표준 대기 주위 압력보다 높거나 낮은 압력을 사용하는 비용을 회피하기를 원할 것이다. 용매의 끓는점을 제어하기 위해 더 높은 압력을 사용할 수 있다. 그러나 장비는 고압 또는 저압을 견디도록 조정되어야한다.
바람직한 실시양태는 온도 및 압력 모두가 대략 주위의 것이므로 온도 및 압력을 제어하는 고가의 방법이 필요하지 않다. 따라서, 예를 들어, 온도는 약 20℃ 내지 약 30℃, 또는 약 25℃일 수 있으며, 압력은 약 720 torr 내지 약 800 torr, 또는 약 760 torr일 수 있다.
환원 반응에 대한 다른 방법 파라미터는 변화될 수 있다. 예를 들어, 일실시양태에서, 공정에 사용된 하나 이상의 물질은 재순환 될 수 있다. 물질은 재순환의 일부로 정제될 수 있다. 예를 들어, 용매는 증류되고 추가 사용을 위해 회수될 수 있다. 염은 회수 및 재사용될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 갈바니 전지로 작동되는 탄소를 제조하기 위한 공정 반응기로부터의 전류 흐름은 전압 제어를 돕는데 필요한 전류가 원소 탄소 물질을 제조하기 위해 사용되는 것을 비롯하여, 또 다른 공정 반응기에 전력 공급을 돕는데 사용될 수 있다.
원소 탄소 물질 생성물에 대한 반응물의 퍼센트 수율은 당업계에 공지된 바의 전류 흐름의 양 및 단리 방법에 의해 제어될 수 있다. 퍼센트 수율은 반응기에 넣은 카바이드 화합물의 탄소량에 관하여 측정될 수있다. 일부 경우, 수율은 적어도 1%, 또는 적어도 5%, 또는 적어도 10%, 또는 적어도 20%이다.
반응물; 금속염
반응물은 예를 들어, 적어도 하나의 금속염과 같이 환원될 수 있는 모이어티일 수 있으며, 금속염은 금속 양이온 및 음이온을 포함하여 당업계에 공지되어 있는 것이다. 유기 반응물은 또한 산화 환원 전위가 반응을 허용하는 경우 원칙적으로 사용될 수 있다. 반응물은 나노구조화된 카바이드 화합물과 잘 반응하여 특정 적용(예컨대, 탄소 제조)에 대한 의도된 목표를 달성하도록 선택된다.
일실시양태에서, 반응물은 전기화학 반응에서 기능 하도록 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 반응물은 용융물 반응에서 기능 하도록 선택된다. 또 다른 실시양태에서, 반응물은 용액 반응에서 기능 하도록 선택된다.
전기 화학 접근법에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 애노드의 형태로 사용되고 반응물이 환원되는 캐소드와 함께 사용된다. 예를 들어, 캐소드는 금속 양이온 및 음이온을 포함하는 용해된 염을 포함하는 용액과 함께 사용될 수 있다. 원칙적으로, 이 방법을 사용하는 캐소드로써 이온이 금속으로 환원될 수 있는 임의의 이온/금속 조합이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 원칙적으로, 카바이드 이온을 원소 탄소로 산화시키는 것을 용이하게 하기 위해 이온이 원소 상태로 환원될 수 있는 금속의 이온을 함유하는 용액에 함침된 임의의 원소 금속이 사용될 수 있다. 예를 들면 아연 이온의 용액 중 아연 금속, 제1주석 이온의 용액 중 주석 금속, 은 이온의 용액 중 은 금속, 및 제1철 이온의 용액 중 철을 포함한다. 캐소드의 선택에 있어, 실질적인 고려 사항을 고려할 수 있다. 예를 들어, 금속 캐소드의 부식과 같은 문제가 고려될 수 있다. 고려해야 할 다른 요인에는 예를 들어 용매 및 전체 용액의 특성 및 반응 시스템의 상이한 구성 요소와 상호 작용하는 방법이 포함된다. 상이한 용매 또는 용매 조합에서 다양한 금속염의 용해도가 또한 문제가 될 수 있다.
일실시양태에서, 전기화학 전지(예컨대, 갈바니 전지) 장치는 적어도 하나의 금속 캐소드를 더 포함하며, 여기서 캐소드는 아연, 주석, 철(강철 포함), 구리, 또는 은 금속 캐소드이다. 또 다른 실시양태에서, 전기화학 전지(예컨대, 갈바니 전지) 장치는 적어도 하나의 금속 캐소드를 더 포함하며, 여기서 캐소드는 아연 또는 주석 금속 캐소드이다.
일실시양태에서, 갈바니 전지 장치 애노드는 적어도 하나의 제1 용매 및 적어도 하나의 제1 염을 포함하는 적어도 하나의 제1 용액과 접촉되며 갈바니 전지 장치 캐소드는 또한 적어도 하나의 제2 용매 및 적어도 하나의 제2 염을 포함하는 적어도 하나의 제2 용액과 접촉된다. 전지의 애노드 및 캐소드 측 모두에 대한 용매 및 염의 조합은 공정이 활성화될 수 있도록 충분한 이온 전도도를 제공하여야 한다. 용매의 점도는 또한 제1 및 제2 용매에 대한 용매 선택에서 고려될 수 있다. 제1 및 제2 용매에 대하여, 용매는 예를 들어, 극성 유기 용매 예컨대 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜, 또는 테트라히드로푸란과 같은 에테르, 또는 DMSO 또는 NMP와 같은 비양성자성 용매일 수 있다.
용매의 예는 N-메틸 피롤리돈, 디메틸 포름아미드, 아세톤, 테트라히드로푸란, 피리딘, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라메틸우레아, 및/또는 디클로로벤젠을 포함한다. 용매의 혼합물이 사용될 수 있다. 일반적으로, 물은 용매에서 회피되며 용매는 건조될 수 있다. 일부 경우, 용매와 카바이드 화합물 간에 느린 반응이 발생할 수 있다. 예를 들어, 메탄올은 칼슘 카바이드와 반응하여 칼슘 메톡시드를 형성할 수 있다. 전형적으로, 반응 장치는 용매에 대해 상대적으로 불활성이어야 하므로 부반응이 최소화되거나 회피된다.
전지의 캐소드 및 애노드 측을 위한 염은 반응이 잘 진행되도록 하는 양이온 또는 음이온을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 환원되는 캐소드 금속은 양이온으로서 산화된 금속을 갖는 염과 함께 사용될 수 있다. 염의 음이온은 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 또는 요오다이드와 같은 할로겐화물일 수 있다. 그러나 플루오라이드는 문제를 발생시킬 수 있는 높은 반응 열을 야기할 수 있으므로 플루오라이드 염은 회피될 수 있다. 클로라이드 염이 일반적으로 바람직하다. 염의 예는 염화아연, 염화칼슘, 염화 제1 주석, 염화 제1철, 염화 제2 구리, 염화은, 염화 알루미늄, 염화 리튬, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 제1주석, 플루오르화 알루미늄, 및 플루오르화 리튬을 포함한다.
중요한 요인은 또한 카바이드의 양이온이 캐소드 전지의 음이온과 가용성 염을 형성하여야 한다는 것이다. 이는 황산칼슘을 비롯한 일부 황산염과 같은 일부 경우에는 가능하지 않을 수 있다.
전기화학 전지 방법
전기화학 실시양태를 더 기술한다. 제조 방법은 갈바니(자발적 반응) 또는 전해질(비자발적 반응)일 수 있는 전기화학 전지 장치를 근거로 할 수 있다. 바람직하게는, 방법은 갈바니 전지 장치를 사용한 갈바니 반응을 사용한다. 바람직하게는, 반응은 자발적 산화 환원 반응이다. 갈바니 반응은 일반적으로 하나의 모이어티가 산화되고 또 다른 모이어티가 환원되는 자발적 산화 환원 반응으로써 당업계에 공지되어 있다. 모이어티는 전기적으로 연결되어 전류가 흐르도록 하며 산화 환원 반응이 일어난다. 멀티미터는 이러한 반응에 대한 전압 및 전류 흐름을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 갈바니 반응에서 자발적 반응을 유도하기 위한 외부 전기 전위가 필요하지 않다. 그러나 외부 전기 전위는 갈바니 반응을 제어 또는 변형하기 위해 사용될 수 있으며, 한편 반응은 여전히 "갈바니 반응" 또는 "자발적 반응"으로 지칭된다. 전류 흐름의 방전은 조절될 수 있다. 갈바니 반응은 전력, 전압 및 전류의 원이 될 수 있으며, 이러한 반응은 당업계에 공지된 바와 같이 다른 시스템의 전력 및 부하를 위해 사용될 수 있다.
갈바니 반응을 사용하는 방법의 엘리먼트는 공지되어 있으며, 이하에서 더 기술된다. 이들은 예를 들어, 적어도 하나의 애노드, 적어도 하나의 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이의 연결부를 포함하여 전류 흐름 및 회로 형성을 허용한다. 연결부는 전자 또는 이온 전류 흐름을 제공할 수 있다. 예를 들어, 배선을 사용할 수 있으며 디바이스를 사용하여 전위 및 전류 흐름을 측정할 수 있다. 이온 흐름은 염 다리 또는 이온 교환 멤브레인을 사용하여 활성화될 수 있다. 염 다리 또는 이온 교환 멤브레인은 산화 환원 반응의 속도를 결정하는데 도움이되는 기하학적 구조 및 길이를 가질 수 있다. 음이온인 적절하게 하전된 모이어티의 수송은 염 다리 또는 이온 교환 멤브레인을 통해 중재되어 회로를 완성할 수 있다. 예를 들어, 일실시양태에서, 금속 전지 내의 용액에 용해된 아연 양이온과 같은 양이온은 이온 교환 멤브레인을 통해 이동 또는 전달할 수 없다. 그러나 음이온(예컨대, Cl-)은 멤브레인을 통해 카바이드 전지로 확산될 수 있다. 일실시양태에서, 염 다리는 이온 교환 멤브레인으로 대체되거나 또는 이를 사용하거나 또는 이를 포함한다. 어떤 경우에도, 염 다리 또는 이온 교환 멤브레인은 공정을 위한 속도 제한 단계("병목")를 회피하고 가능한 많은 전하를 통과하도록 조정될 수 있다.
전해질 반응을 사용하는 방법의 엘리먼트도 공지되어 있다.
일실시양태에서, 전기화학 전지(예컨대, 갈바니 전지) 장치는 금속 캐소드일 수 있는 적어도 하나의 캐소드를 더 포함한다. 금속의 혼합물이 사용될 수 있다.
캐소드는 금속 양이온 및 음이온을 비롯한 용해된 염을 포함하는 용액과 함께 사용될 수 있다. 원칙적으로, 이 방법을 사용하는 캐소드에는 이온이 금속으로 환원될 수 있는 임의의 이온/금속 조합이 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 원칙적으로, 카바이드 이온을 원소 탄소로 산화시키는 것을 용이하게 하기 위해 이온이 원소 상태로 환원될 수 있는 금속의 이온을 함유하는 용액에 함침된 임의의 원소 금속이 사용될 수 있다. 예를 들면 아연 이온 용액 중의 아연 금속, 제1주석 이온 용액 중의 주석 금속, 은 이온 용액 중의 은 금속, 및 제1철 이온 용액 중의 철을 포함한다. 캐소드의 선택에서, 실질적인 고려 사항을 고려할 수 있다. 예를 들어, 금속 캐소드의 부식과 같은 문제가 고려될 수 있다. 고려해야 할 다른 요인에는 예를 들어 용매 및 전체 용액의 특성 및 반응 시스템의 상이한 구성 요소와 상호 작용하는 방법이 포함된다. 상이한 용매 또는 용매 조합에서 다양한 금속염의 용해도가 또한 문제가 될 수 있다.
일실시양태에서, 전기화학 전지(예컨대, 갈바니 전지) 장치는 적어도 하나의 금속 캐소드를 더 포함하며, 여기서 캐소드는 아연, 주석, 철(강철 포함), 구리, 또는 은 금속 캐소드이다. 또 다른 실시양태에서, 전기화학 전지(예컨대, 갈바니 전지) 장치는 적어도 하나의 금속 캐소드를 더 포함하며, 여기서 캐소드는 아연 또는 주석 금속 캐소드이다.
일실시양태에서, 갈바니 전지 장치 애노드는 적어도 하나의 제1 용매 및 적어도 하나의 제1 염을 포함하는 적어도 하나의 제1 용액과 접촉되며 갈바니 전지 장치 캐소드는 또한 적어도 하나의 제2 용매 및 적어도 하나의 제2 염을 포함하는 적어도 하나의 제2 용액과 접촉된다. 전지의 애노드 및 캐소드 측 모두에 대한 용매 및 염의 조합은 공정이 활성화될 수 있도록 충분한 이온 전도도를 제공하여야 한다. 용매의 점도는 또한 제1 및 제2 용매에 대한 용매 선택에서 고려될 수 있다. 제1 및 제2 용매에 대하여, 용매는 예를 들어, 극성 유기 용매 예컨대 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜, 또는 테트라히드로푸란과 같은 에테르, 또는 DMSO 또는 NMP와 같은 비양성자성 용매일 수 있다.
용매의 예는 N-메틸 피롤리돈, 디메틸 포름아미드, 아세톤, 테트라히드로푸란, 피리딘, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라메틸우레아, 및/또는 디클로로벤젠을 포함한다. 용매의 혼합물이 사용될 수 있다. 일반적으로, 물은 용매에서 회피되며 용매는 건조될 수 있다. 일부 경우, 용매와 카바이드 화합물 간에 느린 반응이 발생할 수 있다. 예를 들어, 메탄올은 칼슘 카바이드와 반응하여 칼슘 메톡시드를 형성할 수 있다. 전형적으로, 반응 장치는 용매에 대해 상대적으로 불활성이어야 하므로 부반응이 최소화되거나 회피된다.
전지의 캐소드 및 애노드 측을 위한 염은 반응이 잘 진행되도록 하는 양이온 또는 음이온을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 환원되는 캐소드 금속은 양이온으로서 산화된 금속을 갖는 염과 함께 사용될 수 있다. 염의 음이온은 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 또는 요오다이드와 같은 할로겐화물일 수 있다. 그러나 플루오라이드는 문제를 발생시킬 수 있는 높은 반응 열을 야기할 수 있으므로 플루오라이드 염은 회피될 수 있다. 클로라이드 염이 일반적으로 바람직하다.
염의 예는 염화아연, 염화칼슘, 염화 제1 주석, 염화 제1 철, 염화 제2 구리, 염화은, 염화알루미늄, 염화리튬, 플루오르화칼슘, 플루오르화 제1주석, 플루오르화 알루미늄, 및 플루오르화 리튬을 포함한다.
중요한 요인은 또한 카바이드의 양이온이 캐소드 전지의 음이온과 가용성 염을 형성하여야 한다는 것이다. 이는 황산칼슘을 비롯한 일부 황산염과 같은 일부 경우에는 가능하지 않을 수 있다.
일실시양태에서, 갈바니 전지 장치는 적어도 하나의 염 다리 및/또는 적어도 하나의 이온 교환 멤브레인을 더 포함한다. 이온 교환 멤브레인은 당업계에 공지되어 있으며 전형적으로 하전된 이온 기에 부착된 고분자 물질로 제조된다. 음이온 교환 멤브레인은 이동성 음이온을 갖는 고정된 양이온 기를 함유하며; 이들은 음이온 및 블록 양이온의 통과를 허용한다. 양이온 교환 멤브레인은 이동성 양이온을 갖는 고정된 음이온 기를 함유하며; 이들은 양이온 및 블록 음이온의 통과를 허용한다. 예를 들어, 문헌 [Y. Tanaka, Ion Exchange Membranes : Fundamentals and Applications, 2nd Ed., 2015] 참조. 본원에서, 이온 교환 멤브레인의 사용은 원하지 않는 부산물의 형성 및 바람직하지 않은 물질의 한 전지에서 다른 전지로의 이동을 방지하도록 도울 수 있다.
일실시양태에서, 무수 조건하에 반응이 수행되도록 단계가 취해진다. 필요한 정도로 수분을 배제할 수 있다. 또한, 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
반응 시간은 필요에 맞게 조정될 수 있다. 반응 시간은 예를 들어, 1분 내지 30일, 또는 1일 내지 20일일 수 있다.
일실시양태에서, 탄소의 제조는 외부 전압원의 사용 없이 수행된다. 자발적 반응으로부터의 전류 흐름은 이 실시양태에서 외부 전압에 의해 제어되지 않는다.
또 다른 실시양태에서, 그러나 갈바니 전지 장치는 산화 반응을 조절하기 위해 사용된 외부 전압원을 포함하며, 또 다른 실시양태에서, 탄소의 제조는 산화 반응을 조절하기 위한 외부 전압원의 사용으로 수행된다. 이는 또한 "강제 전류(forced current)" 실시양태로 지칭될 수 있다. 외부 전압원의 인가는 예를 들어 단계 곡선(step curve)을 포함하는 시간에 따른 제어된 전압 곡선을 사용하여 시간에 따른 전압을 제어할 수 있게 한다. 정전압 및/또는 정전류 방식을 사용할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 전압을 높이거나 낮출 수 있다. 반응 속도는 외부 전압을 사용하여 제어 및 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 반응 속도(암페어 수의 전류 흐름)는 예를 들어 외부 전압이 인가되지 않은 경우와 비교하여 외부 전압의 인가로 적어도 10배, 또는 적어도 20배, 또는 적어도 50배, 또는 적어도 100배 또는 적어도 250배 증가할 수 있다. 외부 전압의 수준은 특정 시스템에 대하여 결정될 수 있다. 부반응을 회피하기를 원한다. 종종 반응 속도를 증가시키기를 원할 것이다. 전압은. 예를 들어 0V 내지 40V 또는 0V 내지 30V 또는 0V 내지 20V 또는 10V 내지 20V일 수 있다. 외부 전압원은 당업계에서 공지된 바와 같이 포텐시오스탯을 사용하여 인가될 수 있다.
일실시양태에서, 전기화학 전지 장치는 전해질 전지 장치이다. 여기서, 반응은 자발적이 아니며, 반응을 구동하기 위해서는 외부 전압이 필요하고 인가되어야 한다. 리튬 또는 나트륨을 제조하는 것이 예이다.
카바이드에서 탄소를 제조하는 유기 용매 반응
용액 반응 실시양태가 더 기술된다. 또 다른 양상은 표준 온도 및 압력에서 전기 화학적 장치 없이 나노구조화된 카바이드 화합물로부터 원소 탄소 물질을 제조하기 위해 제공된다. 여기서, 하기를 포함하는 방법이 제공된다: 적어도 하나의 유기 용매(예컨대, 메탄올) 및 환원된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 용해된 염 (예컨대, 염화칼슘)과 같은 적어도 하나의 반응물을 포함하는 용액과 접촉되는 적어도 하나의 나노구조화된 카바이드 화합물(예컨대, 칼슘 카바이드)에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 제조하는 단계. 양이온이 사용된다면, 양이온은 카바이드가 산화되고 금속 양이온이 환원되는 자발적 반응이 일어날 수 있도록 선택된다. 그러나 이 실시양태에서, 본원에 기술된 용융염 접근법 및 전기 화학적 접근법은 사용되지 않는다. 오히려, 이 실시양태에서, 반응은 단일 반응 용기에서 수행될 수 있고 전기 화학 반응으로 수행되는 것처럼 2개의 전지로 분할될 필요가 없다.
이 실시양태에서, 온도 및 압력은 상기에서 기술된 바와 같을 수 있다. 표준 온도 및 압력이 사용될 수 있다. 그러나 원하는 경우 가열 또는 냉각을 적용할 수 있다.
카바이드 화합물은 예를 들어, 알루미늄 카바이드 또는 칼슘 카바이드를 사용하여 본원에서 기술된 바와 같을 수 있다. 염, 양이온, 및 음이온의 선택은 또한 본원에서 기재된 바와 같이 이루어질 수 있다.
유기 용매의 예로는 본원에 기재된 바의 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜과 같은 전기화학 반응에 대해 본원에서 열거된 용매가 포함된다. 염을 용해시킬 수 있는 극성 용매가 필요하다. 양성자성 용매가 사용될 수 있다. 이상적으로, 용매는 나노구조화된 카바이드 화합물과 반응하지 않아야 한다. 대안적으로, 카바이드와 반응하지만 단지 매우 천천히 반응한다.
생성된 원소 탄소 물질이 또한 본원에서 기재되어 있다.
반응 시간은 필요에 맞게 조정될 수 있다.
무수 반응 조건을 사용할 수 있다. 예를 들어, 물 또는 산소와의 부반응을 회피하기 위해 건조 상자를 사용할 수 있다.
장치
나노구조화된 카바이드 화합물의 반응을 위한 디바이스 및 장치는 예컨대 전기화학, 용융 또는 용액 방법에 관계없이 방법에 대하여 조정될 수 있다.
또 다른 양상은 적어도 하나의 나노구조화된 카바이드 화합물을 포함하는 적어도 하나의 애노드, 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 전지를 포함하는 장치를 비롯하여, 본원에서 기재된 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있는 장지를 제공한다. 이 장치는 본원에서 기재 및/또는 청구된 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 장치에 사용될 수 있는 카바이드 전극 구조체는 하기에 더 기재된다. 원소 탄소 물질 반응 생성물은 하기에 더 기재된다. 다른 실시양태는 이들 장치의 제조 방법을 포함한다. 원한다면, 더 큰 시스템에서 복수의 장치가 사용될 수 있다.
전기화학 장치는 갈바니 전지 장치 또는 전해질 전지 장치일 수 있다. 갈바니 전지가 바람직하다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드 또는 중간 전이 금속 카바이드이다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드이다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 메타나이드, 아세틸라이드, 또는 세스퀴카바이드이다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 나트륨 카바이드, 마그네슘 카바이드, 리튬 카바이드, 베릴륨 카바이드, 철 카바이드, 구리 카바이드, 및 크롬 카바이드이다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드이다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 애노드로서 기능하는 충분한 전자 전도도를 갖는다. 일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 10- 8 S/cm, 또는 적어도 10-7 S/cm, 또는 적어도 10-6 S/cm, 또는 적어도 10-5 S/cm, 또는 적어도 10-4 S/cm, 또는 적어도 10-3 S/cm, 또는 적어도 10-2 S/cm, 또는 적어도 10-1 S/cm, 또는 적어도 100 S/cm의 전자 전도도를 갖는다. 칼슘 카바이드의 전자 전도도는 충분한 전도도에 대한 유용한 벤치마크를 제공한다. 특정 나노구조화된 카바이드에 대한 성질에 의해 제공된 한계를 제외하고 특별한 상한은 존재하지 않는다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 용기 내에 유지된다.
일실시양태에서, 갈바니 전지 장치 애노드는 적어도 하나의 용매 및 적어도 하나의 염을 포함하는 용액과 접촉된다.
일실시양태에서, 전기화학 전지 장치 애노드는 상기에서 기재된 바와 같이 적어도 하나의 유기 용매 및 적어도 하나의 용해된 염을 포함하는 용액과 접촉된다. 일실시양태에서, 전기화학 전지 장치 캐소드는 상기에서 기재된 바와 같이 적어도 하나의 유기 용매 및 적어도 하나의 용해된 염을 포함하는 용액과 접촉된다. 일실시양태에서, 전기화학 전지 장치 캐소드는 상기에서 기재된 바와 같이 금속 캐소드이다. 일실시양태에서, 전기화학 전지 장치 캐소드는 금속 캐소드이며, 여기서 금속은 아연, 주석, 철, 구리, 또는 은이다. 일실시양태에서, 전기화학 전지 장치 캐소드는 금속 캐소드이며, 여기서 금속은 아연 또는 주석이다.
일실시양태에서, 전기화학 전지 장치는 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화 반응을 조절하기 위한 외부 전압원을 포함한다. 예를 들어, 포텐시오스탯은 이러한 가변적인 외부 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일실시양태에서, 장치는 본원에서 기재 및/또는 청구된 방법을 수행하기 위해 조정된다.
카바이드 전극 구조체 및 사용 방법
나노구조화된 카바이드 화합물은 전극 구조체에 사용하기 위해 사용 및 조정될 수 있다. 그러므로 여전히 또 다른 양상은 적어도 하나의 나노구조화된 카바이드 화합물을 포함하는 전극 구조체를 제공한다. 임의로 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드이다. 임의로, 카바이드 화합물과 상이한 적어도 하나의 전자 전도성 엘리먼트가 전극 구조체의 일부를 형성한다. 이 전극 구조체는 본원에서 기재 및/또는 청구된 방법을 수행하고 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서 기재된 실시양태는 또한 나노구조화된 카바이드 전극 구조체의 제조 방법 및 사용 방법을 포함한다. 다중 전극 구조체는 더 큰 전극 시스템의 일부로 사용될 수 있다. 전극의 형상은 필요에 따라 변화될 수 있다. 전극의 전도도는 필요에 맞게 조정될 수 있다. 고체 특성과 매크로-, 마이크로- 및 나노- 스케일 모폴로지, 예컨대 개구부의 크기 및 형상, 다공성 및 기공 크기가 필요에 맞게 조정될 수 있다.
고체 전극 구조체 및 나노구조화된 카바이드 화합물은 산화 환원 반응을 위해 적어도 하나의 액체와 접촉될 수 있다. 전극 구조체는 표면 반응뿐만 아니라 카바이드 화합물의 내부 구조까지 확장될 수 있는 카바이드 화합물의 반응을 제공한다. 본 발명은 이론에 의해 제한되지 않지만, 양이온(예컨대, 칼슘)이 탄소에서 용액으로 수송될 때, 표면에서 탄소 배합물(compound)의 탄소 카바이드 층이 반응하여 원소 탄소 물질을 형성하는 것으로 여겨진다. 다중 층의 탄소가 축적될 수 있다. 카바이드의 표면은 일부 다공성을 가질 수 있다.
카바이드 전극은 화학 반응이 단지 표면 대신 전극 내에서 발생할 수 있는 전극(애노드)일 수 있다. 칼슘 이온이 용액으로 용해되고 원소 탄소 물질이 잔류하는 반응에서 전극 물질 자체(예컨대, 칼슘 카바이드)가 소비된다.
일실시양태에서, 전극의 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드 또는 중간 전이 금속 카바이드이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 염 유사 카바이드이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 메타나이드, 아세틸라이드, 또는 세스퀴카바이드이다.
일실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 나트륨 카바이드, 마그네슘 카바이드, 리튬 카바이드, 베릴륨 카바이드, 철 카바이드, 구리 카바이드, 크롬 카바이드, 및 크롬 카바이드이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 나트륨 카바이드, 마그네슘 카바이드, 리튬 카바이드, 또는 베릴륨 카바이드이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드, 바람직하게는 칼슘 카바이드이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 애노드로서 기능하는 충분한 전자 전도도를 갖는다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 적어도 10-8 S/cm 또는 본원에서 기재된 다른 범위 예컨대 적어도 10-7 S/cm, 또는 적어도 10-6 S/cm, 또는 적어도 10-5 S/cm, 또는 적어도 10-4 S/cm, 또는 적어도 10-3 S/cm, 또는 적어도 10-2 S/cm, 또는 적어도 10-1 S/cm, 또는 적어도 100 S/cm의 전자 전도도를 갖는다. 특정 카바이드에 대한 성질에 의해 제공된 한계를 제외하고 특별한 상한은 존재하지 않는다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 이온 결합된 고체이다.
일실시양태에서, 카바이드 화합물은 전극 구조체 내에 함유되어야 하는 개별적인 단편 또는 입자 형태이다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 최대 또는 대량의 표면적을 제공하는 형태로 제조된다. 이것은 그의 표면에서 카바이드의 반응을 용이하게 할 수 있다. 입자 크기 및 표면적은 다수의 필요에 맞게 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 카바이드 화합물은 첨가제와 같은 하나 이상의 추가의 상이한 물질과 함께 사용될 수 있다. 전극을 제조하는데 유용한 물질 및 첨가제를 사용할 수 있다. 예를 들어 바인더를 사용할 수 있다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 용기 내에서 유지된다. 일실시양태에서, 용기는 전해질과 같은 유체가 용기에 들어가고 카바이드 화합물을 접촉하게 하는 개구부를 갖는다. 물론, 용기는 나노구조화된 카바이드 화합물을 함유할 수 있어야 한다.
일실시양태에서, 나노구조화된 카바이드 화합물은 부분들로 분할된다. 일실시양태에서, 카바이드 화합물은 대략 동일한 부분들로 분할된다.
일실시양태에서, 전극에서 사용된 나노구조화된 카바이드 화합물은 적어도 약 80 중량% 순도, 또는 적어도 90 중량% 순도, 또는 적어도 95 중량% 순도, 또는 적어도 97 중량% 순도이다.
전자 전도성 엘리먼트는, 예를 들어, 적어도 10-3 S/cm, 또는 적어도 10-2 S/cm, 또는 적어도 10-1 S/cm, 또는 적어도 100 S/cm와 같은 양호한 전자 전도도를 가져야 한다.
일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 카바이드 화합물을 위한 바인더이다.
일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 반응 매질과 비반응성이 되도록 조정된다. 예를 들어, 이것은 접촉 용액에 대해 불활성이거나, 또는 적어도 필요에 따라 반응을 효과적으로 수행할 만큼 충분히 불활성이어야한다.
일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 용기이며 카바이드 화합물은 용기 내에 유지된다.
일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 금속 용기이며 카바이드 화합물은 금속 용기에 유지된다. 일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 흑연과 같은 비금속 용기이며 카바이드 화합물은 흑연과 같은 비금속 용기에 유지된다. 예를 들어, 흑연 바스켓을 사용할 수 있다.
일실시양태에서, 전자 전도성 엘리먼트는 적어도 하나의 전도성 로드를 포함한다.
일실시양태에서, 전극 구조체는 장치에 제거 가능하게 부착되도록 조정된다.
일실시양태에서, 전극 구조체의 전자 전도성 엘리먼트는 적어도 하나의 집전 장치(current collector)를 포함한다.
일실시양태에서, 전극 구조체는 예를 들어, 전기화학 전지 장치에서 애노드로 사용하도록 조정된다.
예를 들어, 갈바니 전지에서 적어도 하나의 애노드를 작동시키는 단계를 포함하며, 애노드가 적어도 카바이드 화합물을 포함하는 방법을 포함하는 전기 화학 전지에서 적어도 하나의 애노드를 작동시키는 단계를 포함하며, 애노드는 적어도 카바이드 화합물을 포함하는 방법이 제공된다. 전기화학 전지 장치는 갈바니 전지 장치 또는 전해질 전지 장치일 수 있다. 장치는 원소 탄소 물질의 제조를 위해 사용될 수 있다. 그러나 다른 실시양태는 원소 탄소 물질의 제조 이외의 용도로 사용하는 것이 가능하다. 카바이드 전극이 있는 장치의 다른 용도는 산화 반응 예를 들어 알데히드의 카르복실 산으로의 전환 및 예컨대 제1철 이온에서 제2철 이온으로의 금속의 산화를 포함한다. 이러한 반응은 예를 들어, 산성 광산 배수 또는 하수 처리와 같은 환경 공정에서 유용할 수 있다.
대부분의 경우, 하나 이상의 나노구조화된 카바이드 화합물은 산화 환원 반응의 산화 부분에 참여하는 유일한 전기 화학적 반응 모이어티이다. 일실시양태에서, 애노드 전기화학적 활성 물질은 적어도 하나의 나노구조화된 카바이드 화합물로 실질적으로 이루어진다. 또 다른 실시양태에서, 애노드 전기화학적 활성 물질은 적어도 하나의 나노구조화된 카바이드 화합물로 이루어진다. 여기서, 애노드에서 산화되거나 환원되지 않는 금속과 같은 전도체는 전기 화학적 활성 물질로 간주되지 않는다.
탄소 생성물
더 추가로, 또 다른 양상은 본원에서 기재 및/또는 청구된 방법에 의해 또는 장치 또는 카바이드 전극 구조체의 사용에 의해 제조된 원소 탄소 물질 조성물을 제공한다. 원소 탄소 물질은 원소 탄소 물질의 특성에 의해 및/또는 그것이 어떻게 제조되었는지에 의해 기재 및/또는 청구될 수 있다. 원소 탄소 물질은 탄소 함량에 중점을 둔 당업계에 공지된 물질이며 메탄, 메탄올 또는 아세트산과 같은 유기 배합물을 포함하지 않는다. 흑연 및 다이아몬드와 같은 예는 원소 탄소 물질로서 공지되어 있다. 이러한 조성물은 카바이드 화합물로부터 초기에 제조된 바의 조성물로부터 하나 이상의 처리, 정제 및/또는 분리 단계(예를 들어, 박리 및 도핑 단계를 포함하는 후 처리 단계) 후에 존재하는 바의 조성물에 이르기까지의 범위일 수 있다. 조성물은 상이한 형태의 원소 탄소 물질의 혼합물일 수 있다. 조성물은 결정질 부분 및/또는 비정질 부분을 포함할 수 있다. 탄소는 하나 이상의 그래핀 층의 형태일 수 있으며, 박리된 형태일 수 있다. 그래핀에 대한 바람직한 실시양태는 원자적으로 얇은 단일 시트 그래핀 또는 수 층의 그래핀을 포함한다. 그래핀은 예를 들어 1-10 층을 가질 수 있다. 더 두꺼운 형태의 그래핀도 관심의 대상이 될 수 있다. 또한, 그래핀 형태를 포함하는 원소 그래핀 물질은 기판 막 상에 배치될 수 있다.
카바이드 화합물은 나노구조체이기 때문에, 나노구조화된 원소 탄소 생성물은 특히 관심의 대상이다. 일부 경우에, 탄소 생성물은 반응을 진행하는 카바이드 화합물의 형상과 유사한 형상을 가질 수 있다.
원소 탄소 물질의 특성화 방법은 공지되어 있으며 마이크로구조체, 모폴로지 및 물리적 특성 분석을 포함한다. 예를 들어, 카본 블랙 물질은 공지되어 있으며, 예를 들어, 문헌 [(1) Carbon Black: Production, Properties, and Uses (Sanders et al., Eds.), 및 (2) Carbon Black: Science and Technology, 2nd Ed., (Donnet et al., Eds.) 1993]에서 기재된 바와 같이 특성화된다. 원소 탄소 물질의 모폴로지 특성은 예를 들어, 입자 크기, 표면적, 다공성, 응집체 크기, 및 응집체 형상을 포함한다. 물리적 특성은 밀도, 전자, 열, 벌크 및 불순물을 포함한다. 마이크로 구조체 분석은 XRD, 암 시야 전자 현미경(Dark Field Electron Microscopy), 산화 연구, 회절 빔 전자 현미경(Diffracted Beam Electron Microscopy), 위상차 TEM 이미징(Phase Contrast TEM imaging) 및 고해상도 SEM, STEM, STM, SFM 및 AFM 이미징을 포함한다.
탄소에 대한 다른 특성화 방법은 공지되어 있고 본원에서 더 기재된다. 예를 들어, 비정질 및 나노결정질 탄소 막의 특성화를 기재한 문헌 [Chu et al., Materials Chemistry and Physics, 96 (2006), 253-277]의 리뷰 논문 참조. 기재된 방법은 광학(라만, 가시광선 및 UV 모두, 및 IR), 전자 분광학 및 현미경(예컨대, XPS, AES, 다양한 종류의 TEM, 및 EELS), 표면 모폴로지(AFM, SEM), NMR 및 X 선 반사율을 포함한다. 기재된 방법은 sp2 :sp3 비율의 측정 방법을 포함한다.
원소 탄소 물질은 200 미크론 스케일 바 뷰(scale bar view) 또는 그 이하를 포함하여 SEM으로 보았을 때 많은 새롭고 흥미롭고 유용한 구조체를 제공할 수 있다. SEM 수치로 표시된 특징은 원소 탄소 물질을 기재 및 청구하기 위해 사용될 수 있다. 원소 탄소 물질의 스팟도 라만 분광법에 대하여 선택될 수 있으며, 라만 데이터도 원소 탄소 물질을 기재 및 청구하기 위해 사용될 수 있다. EDAX 및 XRD와 같은 다른 데이터도 원소 탄소 물질을 기재 및 청구하기 위해 사용될 수 있다.
일반적으로, 고 순도 원소 탄소 물질이 바람직하다. 일실시양태에서, 원소 탄소 물질은 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 95% 초과, 또는 98% 초과, 또는 99% 초과(원자 백분율)의 탄소이다. 이 백분율은 예를 들어 SEM-EDAX를 포함하는 원소 분석 방법으로 측정될 수 있다. 물론, 일부 실시양태에서, 덜 높은 순도가 받아들여질 수 있다. 또한, 일부 실시양태에서, 비탄소 원소는 예컨대 도핑 공정에서와 같이 의도적으로 혼입될 수 있다.
일실시양태에서, 원소 탄소 물질은 50% 초과, 또는 60% 초과, 또는 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과의 sp2 탄소이다. 분석 기술의 조합은 정확한 추정을 결정할 수 있도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 브롬을 사용하는 분석 가능성도 있다. Sp2 탄소는 비정질 탄소 또는 심지어 가능하게는 그것을 생산할 수 있다면 sp1 탄소에 비해 특정량의 브롬을 흡수할 수 있다. Sp3 탄소는 브롬을 전혀 흡수하지 않는다. 따라서 브롬 흡수 시험의 한 유형을 사용하여 정량적으로 이들 백분율을 결정할 수 있다.
일실시양태에서, 원소 탄소 물질은 50% 초과, 또는 60% 초과, 또는 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과의 sp3 탄소이다.
일실시양태에서, 원소 탄소 물질은 2차원의 플레이트형 구조체를 포함한다. 이들 구조체는 서로의 상부에서 적층될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 3차원 구조체를 포함한다.
일부 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 비정질 탄소 함량을 갖는다. 다른 경우, 결정질 탄소가 존재할 수 있다.
일부 경우, 입자는 단리될 수 있으며, 평균 입자 크기(d50)는, 예를 들어, 500 nm 내지 500 미크론, 또는 1 미크론 내지 100 미크론, 또는 2 미크론 내지 50 미크론, 또는 10 미크론 내지 30 미크론일 수 있다. 원한다면, 예를 들어 10 nm 내지 500 nm, 또는 20 nm 내지 100 nm와 같은 500 nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 나노치수 입자를 단리할 수 있다. 상용 입자 크기 분석기는 입자 크기를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
정제 및 단리의 다양한 단계에서 원소 탄소 물질은 예를 들어, 광학 현미경, 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscopy) 및 투과 전자 현미경(TEM: transmission electron microscopy)을 포함하는 전자 현미경, 에너지 분산형 x 선 분석(EDX: energy dispersive x-ray analysis), 라만 및 FTIR 분광법, x 선 회절, X 선 광전자 분광법(XPS: X-ray photoelectron spectroscopy), 오제 전자 분광법(AES: Auger electron spectroscopy ), 낮은 에너지 및 높은 에너지 전자 에너지 손실 분광법(EELS: electron energy loss spectroscopy), 중성자 산란, 타원편광법, 전기 저항, 및 원자간력 현미경(AFM: atomic force microscopy)을 포함하는 당업계의 공지된 방법으로 시험할 수 있다. 입자 크기 및 표면적 측정을 포함하는 입자 분석도 수행할 수 있다. 전기 화학 시험도 수행할 수 있다. 트라이볼로지, 마모, 마찰, 압흔, 모듈러스, 경도 시험도 수행할 수 있다.
라만 분광법의 경우, 결정질 흑연에는 G 밴드(약 1590 cm- 1)가 존재할 수 있고 비정렬 흑연과 관련된 D 밴드(약 1345 cm- 1)가 존재할 수 있다. 두 밴드의 비율은 흑연화도 및 흑연 미세결정 크기를 특성화하기 위해 사용될 수 있다.
제조된 원소 탄소 물질은 AFM 또는 XPS와 같은 표면 분석 방법으로 분석될 수 있다. 예를 들어, XPS 분석은 벌크 물질보다 표면에서 더 높은 수준의 산소를 나타낼 수 있다. 이것은 물질의 표면이 그래핀 산화물을 형성했다는 것을 의미할 수 있다. 그래핀 산화물은, 원칙적으로, 반응의 일부로서 또는 분리 및 정제 작업으로 인해 형성될 수 있다. 다른 표면 엘리먼트는 O, H, N, S 및 할로겐을 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 sp1 탄소 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 C70인 탄소 동소체를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 C60인 탄소 동소체를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 다른 종류의 플러렌을 제조할 수 있다. 일부 실시양태에서, 헤링본 다중 벽 탄소 나노튜브("MWCNT")인 탄소 동소체를 제조하기 위해 본원에서 기재된 방법을 사용할 수 있다. 단일 벽 탄소 나노튜브도 제조할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 원통형 MWCNT인 탄소 동소체를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 탄소 섬유를 포함하는 탄소 동소체를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본원에서 기재된 방법은 sp1, sp2, 및/또는 sp3 혼성을 갖는 탄소뿐만 아니라 이의 혼합물도 제조할 수 있다. sp1 혼성화된 탄소는 카르빈의 형태일 수 있다. sp2 혼성화된 탄소는 카르벤, 흑연, 및/또는 그래핀의 형태일 수 있다. sp3 혼성화된 탄소는 다이아몬드의 형태일 수 있다.
따라서 특정 탄소 물질은 전극 중 적어도 하나가 카바이드인 전기 분해 전지에 외부 전압을 인가함으로써 제조될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 sp2 혼성화되고 sp3 혼성은 함유하지 않는 탄소 동소체를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 sp3 혼성화되고 sp2 혼성은 함유하지 않는 탄소 동소체를 제조한다. 일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 sp1 혼성화되고 sp2 또는 sp3 혼성은 함유하지 않는 탄소 동소체를 제조한다.
일부 경우, 원소 탄소 물질은 sp3 혼성화 탄소보다 더 많은 sp2를 가질 수 있고, 다른 경우, 원소 탄소 물질은 sp2 혼성화 탄소보다 더 많은 sp3을 가질 수 있다. sp2:sp3의 비율은, 예를 들어, 1:10 내지 10:1, 또는 1:8 내지 8:1, 또는 1:6 내지 6:1, 또는 1:4 내지 4:1, 또는 1:2 내지 2:1일 수 있다.
본원에서 기재된 방법은 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과의 sp1 혼성화된 생성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
일실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과의 sp2 혼성화된 생성물을 제조한다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과의 sp3 혼성화된 생성물을 제조한다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 흑연 형태로 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과의 sp2 혼성화된 생성물을 제조한다.
일부 실시양태에서, 본원에서 기재된 방법은 다이아몬드 형태로 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과의 sp3 혼성화된 생성물을 제조한다.
높은 수준의 원소 탄소 순도를 갖는 넓은 영역의 탄소 단편은 특히 관심의 대상이다. 예를 들어, 이것은 넓은 영역의 그래핀 원일 수 있다. 단편은 예를 들어, 적어도 1 mm, 또는 적어도 2 mm, 또는 적어도 1 cm, 또는 적어도 2 cm의 측면 치수를 가질 수 있다. 측면 치수는 단편 또는 입자의 길이 또는 폭일 수 있다. 일부 경우, 길이와 폭 모두 적어도 1mm, 또는 적어도 2mm, 또는 적어도 1cm, 또는 적어도 2cm일 수 있다. 단편의 부피는 예를 들어, 적어도 1 입방 mm 또는 적어도 1 입방 센티미터(cc) 또는 적어도 8 입방 센티미터(cc)일 수 있다. 더 낮거나 더 높은 평평한 표면적의 평평한 표면을 갖는 탄소의 형태 또한 중요하다.
탄소 구조체는 상용으로 사용될 수 있는 본원에서 제공된 SEM 및 광학 사진으로 표시된다. 많은 경우, 비정질 형태보다는 결정질 형태의 원소 탄소 물질을 갖는 것이 바람직하다.
일부 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 적어도 일부의 2차원 플레이트형 구조체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 서로의 상부에 적층된 적어도 일부의 2차원 플레이트형 구조체를 포함한다. 그래핀 구조체가 분명할 수 있다. 더 두꺼운 그래핀 구조체는 더 얇은 그래핀 구조체로 전환될 수 있다. 일부 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 적어도 일부의 3차원 구조체를 포함한다.
일부 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 다공성 구조체 또는 공극을 나타낸다.
일부 실시양태에서, 벤트(bent) 구조체를 볼 수 있다. 벤트 구조체는 예각으로 특징지어질 수 있으며 각도는 합성 방법에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시양태에서, 로드가 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 만곡된 원소 입자가 관찰될 수 있다. 일부 실시양태에서, 수직 특징들을 관찰할 수 있다.
고해상도 분석 방법으로 추가의 구조체를 관찰할 수 있다.
원소 탄소 물질의 후 반응 공정
장치 내에서 형성 후, 원소 탄소 물질은 예를 들어 정제로부터 시작하여 및/또는 예를 들어 다른 분말 또는 입자 형태로 형태를 기계적으로 변화시키는 추가 처리를 할 수 있다. 처리는 기계적 또는 화학적일 수 있다. 생성물의 단편은 그라인딩, 박리 또는 연마 단계와 같은 다양한 기계적 단계가 수행될 수 있다. 추가적인 처리 단계는 예를 들어, 도핑 및 인터칼레이션 단계를 포함할 수 있다. 원소 탄소 물질 중 일부는 전극에 부착될 수 있으며 전극에서 제거될 필요가 있을 것이다. 다른 원소 탄소 물질은 반응 동안 전극을 떠날 수 있으며, 예를 들어, 집합체를 위해 반응 전지의 저부로 가라앉을 수 있다. 공정 단계는 비탄소 물질로부터 탄소를 분리하고 한 형태의 탄소를 또 다른 형태의 탄소에서 분리하도록 수행될 수 있다.
2014년 3월 14일자에 출원되고 WO 2014/144374로 공개된 PCT 출원 PCT/ US2014/028755는 또한, 열처리 공정에서 카바이드 및 금속염으로부터 탄소를 제조하는 방법을 기술하고 있고, 또한 사용될 수 있는 다양한 후 반응 공정 단계를 기술하고 있다.
또 다른 실시양태에서, 원소 탄소 물질은 산으로 제거 및 처리되고 물로 세척 또는 플러시된다. HCl과 같은 강산이 사용될 수 있다.
일실시양태에서, 원소 탄소 물질은 상이한 입자 형태로 전환될 수 있고, 입자는 입자 크기를 근거로 분리된다.
그래핀 박리 단계는 당업계에 공지되어 있으며 예를 들어, 문헌 [Bonaccorso et al., Materials Today, Dec. 2012, 15, 12, 564]에 기재되어 있다. 특히, 넓은 면적의 그래핀 시이트 제조는 관심의 대상이다. 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 원소 탄소 물질의 큰 단편은 넓은 면적의 그래핀을 제조할 수 있게 한다. 박리를 위해 NMP와 같은 용매를 사용할 수 있다. 초음파 처리는 박리에도 사용할 수 있다. 더 큰 탄소 단편은 많은 경우에 박리에 더 높은 힘이 요구된다. 박리 공정은 그래핀과 같은 박리된 생성물의 두께를 제어하도록 제어될 수 있다. 전기 화학 박리가 수행될 수 있다.
본원에 기재된 원소 탄소 물질 조성물과 관련된 유도 조성물도 본원에 기재되어 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 원소 탄소 물질 조성물은 다른 원소, 배합물, 성분, 첨가제 및/또는 물질과 혼합되거나 도핑될 수 있다.
적용
선택된 대표적인 예의 적용이 하기에 기재된다. 이들 적용과 관련된 디바이스, 장치, 시스템, 키트, 제조 방법 및 사용 방법은 분원에서 기재된 원소 탄소 물질 및 이들의 유도체를 포함하는 디바이스, 장치, 시스템 및 키트를 비롯하여 본원에서 또한 기재된 것이다(예컨대: 배터리, 연료 전지 또는 여과 디바이스). 벌크 형태, 마이크로스케일 형태 또는 나노스케일 형태에 관계없이, 원소 탄소 반응 생성물은 예를 들어 더 구체적으로 흑연 물질에 대하여 공지된 적용, 다이아몬드 물질에 대하여 공지된 적용, 비정질 탄소에 대하여 공지된 적용, 및 나노스케일 형태의 탄소에 대하여 공지된 적용을 비롯한 예를 들어 일반적으로 탄소 물질에 대하여 공지된 적용을 포함하는 광범위한 적용에 사용될 수 있다. 일부 경우, 원소 탄소 물질은 적용 용도를 위해 하나 이상의 다른 성분과 혼합될 수 있다.
카본 블랙은, 예를 들어, 필러, 안료, 토너 및 보강제로 사용된다.
다수의 적용이 탄소의 전기 전도성과 전자 및 반도체 산업과 관련이 있다. 예를 들어, 전도성 잉크를 포함하는 카본 잉크가 공지되어 있다. 탄소계 필러 또는 전도성 제는 공지되어 있다.
활성탄은 다수의 적용을 갖는다. 흡착제 적용을 수행할 수 있다. 일반적으로, 높은 표면적의 탄소를 필요로하는 탄소의 적용이 발견될 수 있다. 흡착제는 예를 들어 토양 해독제, 가스 건조제, 화학 흡착제 및 촉매로 사용할 수 있다.
흑연은 자연에서 발견되는 물질이며 또한 합성적으로 제조된다. 천연 흑연의 예는 박편, 결정질 및 비정질 흑연이다. 흑연 박편은 육각형 또는 각진 모서리를 가진 평평한 플레이트형 입자를 가질 수 있다. 탄소 백분율은 적용에 영향을 줄 수 있다. 흑연은 전극, 페이스트, 브러쉬, 도가니, 윤활제, 주조 외장(foundry facing), 원자로의 감속재 벽돌, 페인트, 연필, 브레이크 라이닝, 주조 작업, 내화물 적용, 제강, 리튬 이온 배터리, 연료 전지 등으로서 사용될 수 있다.
특히, 리튬 및 리튬 이온 배터리 뿐만 아니라 아연 공기 배터리와 같은 공기 배터리를 포함하는 배터리로 적용될 수 있다. 리튬 이온 배터리는 예를 들어 탄소 애노드 물질에 중점을 둔 문헌 [Yoshio et al. (Eds.), Lithium - Ion Batteries : Science and Technologies, including chapter 3 (pages 49-73) and chapter 18 (pages 329-341)] 뿐만 아니라 탄소 전도성 첨가제에 중점을 둔 [chapter 5 (pages 117-154)] 및 신규 경질 탄소 물질에 중점을 둔 [chapter 22 (pages 427-433)]에 기재되어 있다.
그래핀은 첨단 반도체 디바이스에 사용될 수 있다. 넓은 면적의 그래핀이 중요하다. 다른 적용은 필터(해수의 물 여과 및 담수화 포함), 배터리, 터치 스크린, 커패시터, 연료 전지, 센서, 고주파 회로, 플렉서블 전자 제품, 컴퓨팅, 데이터 저장 장치, 솔라 및 광전지를 포함한다.
다이아몬드는 저품질 또는 고품질일 수 있으며 내마모성 물질뿐만 아니라 드릴링, 연마 및 절삭 물질을 포함하는 경도를 사용하는 적용분야에 적용된다. 다이아몬드는 센서, 전자 제품, 의학 이미징, 반도체, 수퍼 컴퓨터 및 소나에도 사용될 수 있다. 다이아몬드는 또한 보석일 수 있다.
CaC6와 같은 탄소 관련 물질은 초전도성으로 나타났다. sp1 물질에 대한 다른 적용은 초전도체 물질 및 심지어 고온 또는 실온의 초전도체 물질의 사용과 관련된다.
탄소 나노튜브 제품은 미세 관형 구조체의 "포레스트(forest)" 형태일 수 있다. 예를 들어, 야구용 배트, 항공 우주 배선, 전투 방탄복, 컴퓨터 로직 컴포넌트 및 생체 의학 적용의 마이크로센서에 사용할 수 있다. 탄소 나노튜브는 또한 리튬 이온 배터리 및 다양한 스포츠 장비에 사용될 수 있다.
또 다른 유형의 적용은 촉매로서의 용도와 같이 탄소를 제조하는 것 이외에 다른 용도에 사용되는 나노구조화된 카바이드 화합물의 용도이다.
실시예
한 실시예에서, 나노구조화된 칼슘 카바이드 물질은 유니온 공정을 사용하여 CN 1498976에 따라 제조된다. 평균 입자 크기는 약 100 nm이지만, 50-250 nm와 같은 다른 평균 입자 크기도 제조할 수 있다. 나노구조화된 칼슘 카바이드는 그 후 반응물과 반응하여 탄소를 형성하며, 여기서 반응물은 용융 상 또는 용액으로 제공된다. 대안적으로, 나노구조화된 칼슘 카바이드는 전극 구조체에 통합되고 전기 화학 전지에 배치되어 탄소를 형성하는 반응을 제공할 수 있다.
본원에서 기재된 다양한 실시양태 및 청구항은 본원에서 기재된 다른 실시 양태 및 청구항과 조합될 수 있다.

Claims (149)

  1. 적어도 하나의 카바이드 화합물을 제공하는 단계 및 상기 카바이드 화합물을 사용하여 적어도 하나의 반응물을 환원시켜 원소 탄소를 형성하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법.
  2. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 1차원으로 나노구조화된 방법.
  3. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 1차원으로 나노구조화되고 나노필름의 형태인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 2차원으로 나노구조화된 방법.
  5. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 2차원으로 나노구조화되고 나노와이어 또는 나노튜브의 형태인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 3차원으로 나노구조화된 방법.
  7. 제1항에 있어서, 카바이드 화합물이 3차원으로 나노구조화되고 나노입자의 형태인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 둥근 표면을 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 평평한 표면을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 적어도 하나의 나노입자는 100 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 500 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 1 nm 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 카바이드 화합물의 마이크로입자 및 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이며, 적어도 하나의 나노입자는 전자 전도성 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노입자의 형태이고, 적어도 하나의 나노입자는 고분자 바인더와 함께 결합된 카바이드 화합물의 나노입자의 집합체의 일부인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 응집된 나노입자의 형태인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 일반적으로 구형인 입자의 형태인 방법.
  21. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노와이어 형태인 방법.
  22. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 10 미만의 종횡비를 갖는 적어도 하나의 나노와이어 형태인 방법.
  23. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 10 초과의 종횡비를 갖는 적어도 하나의 나노와이어 형태인 방법.
  24. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노로드(nanorod)인 적어도 하나의 나노와이어 형태인 방법.
  25. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노튜브인 적어도 하나의 나노와이어 형태인 방법.
  26. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노와이어 형태이고, 적어도 하나의 나노와이어는 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 나노와이어의 집합체의 일부인 방법
  27. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노와이어의 형태이고, 적어도 하나의 나노와이어는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 나노와이어의 집합체의 일부인 방법.
  28. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노튜브의 형태인 방법.
  29. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노튜브의 형태이고, 적어도 하나의 나노튜브는 1 nm 내지 1000 nm의 평균 직경을 갖는 나노튜브의 집합체의 일부인 방법.
  30. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노튜브의 형태이고, 적어도 하나의 나노튜브는 1 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는 나노튜브의 집합체의 일부인 방법.
  31. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노필름의 형태인 방법.
  32. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노라인의 형태인 적어도 하나의 나노필름의 형태인 방법 .
  33. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 나노필름의 형태이고, 나노필름은 나노라인의 형태이며, 상기 라인은 1 mm 이하의 라인 폭을 갖는 방법.
  34. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 막 두께를 갖는 적어도 하나의 나노필름의 형태인 방법.
  35. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 평균 막 두께를 갖는 적어도 하나의 나노필름의 형태인 방법.
  36. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 기판상에 배치된 적어도 하나의 나노필름의 형태인 방법.
  37. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 하나의 다른 상이한 물질과 혼합되는 방법.
  38. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 매트릭스 물질 내에 유지되는 방법.
  39. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 칼슘 카바이드인 방법.
  40. 제1항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 평균 입자 직경을 갖는 나노미립자 칼슘 카바이드인 방법.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 적어도 10-8 S/cm의 전자 전도도를 갖는 방법.
  42. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  43. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 아세틸라이드, 메타나이드 또는 세스퀴카바이드인 방법.
  44. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  45. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 50% 초과의 sp2 탄소인 원소 탄소 물질이 형성되는 방법.
  47. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 50% 초과의 sp3 탄소인 원소 탄소 물질이 형성되는 방법.
  48. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 50% 초과이고 sp2 및 sp3 탄소인 원소 탄소 물질이 형성되는 방법.
  49. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 50% 초과의 sp1 탄소인 원소 탄소 물질이 형성되는 방법.
  50. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 400℃ 미만의 온도에서 수행되는 방법.
  51. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 15℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행되는 방법.
  52. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 300℃ 미만의 온도에서 수행되는 방법.
  53. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 15℃ 내지 약 50℃의 온도에서 수행되는 방법.
  54. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 720 torr 내지 약 800 torr의 압력에서 수행되는 방법.
  55. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 약 15℃ 내지 약 50℃의 온도 및 약 720 torr 내지 약 800 torr의 압력에서 수행되는 방법.
  56. 제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물이 적어도 하나의 양이온을 포함하는 방법.
  57. 제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물이 적어도 하나의 양이온을 포함하며, 양이온은 아연, 주석, 철, 구리 또는 은 양이온인 방법.
  58. 제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물이 적어도 하나의 양이온을 포함하며, 양이온은 아연 또는 주석 양이온인 방법.
  59. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물로서 금속 양이온을 포함하는 캐소드 구획 및 나노구조화된 카바이드 화합물을 포함하는 애노드 구획을 갖는 전기화학 전지에서 환원이 수행되는 방법.
  60. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물로서 금속 양이온을 포함하는 캐소드 구획 및 카바이드 화합물을 포함하는 애노드 구획을 갖는 갈바니 전지에서 환원이 수행되는 방법.
  61. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물로서 금속 양이온을 포함하는 캐소드 구획 및 카바이드 화합물을 포함하는 애노드 구획을 갖는 갈바니 전지에서 환원이 수행되며, 갈바니 전지는 적어도 하나의 외부 전압원을 더 포함하는 방법.
  62. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 반응물로서 금속 양이온을 포함하는 캐소드 구획 및 카바이드 화합물을 포함하는 애노드 구획을 갖는 갈바니 전지에서 환원이 수행되며, 갈바니 전지는 적어도 하나의 외부 전압원을 포함하지 않는 방법.
  63. 제1항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 반응물과 나노구조화된 카바이드 화합물 간의 접촉 없이 수행되는 방법.
  64. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 반응물과 나노구조화된 카바이드 화합물 간의 접촉으로 수행되는 방법.
  65. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 반응물로서의 금속 양이온과 나노구조화된 카바이드 화합물 간의 접촉으로 수행되며, 금속 양이온은 용융 염의 일부인 방법.
  66. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 환원이 반응물로서의 금속 양이온과 카바이드 화합물간의 접촉으로 수행되며, 금속 양이온은 적어도 하나의 유기 용매에 용해되는 방법.
  67. 제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 원소 탄소가 나노구조화된 탄소인 방법.
  68. 제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 원소 탄소가 나노미립자 탄소 형태의 나노구조화된 탄소인 방법.
  69. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 형태의 탄소로부터 한 형태의 탄소를 분리하기 위해, 원소 탄소가 처리되는 방법.
  70. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 비탄소 물질로부터 탄소를 분리하기 위해, 원소 탄소가 처리되는 방법.
  71. 전기화학 전지 장치의 적어도 하나의 애노드에서 적어도 하나의 카바이드 화합물 내의 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법.
  72. 제71항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 방법.
  73. 제71항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 방법.
  74. 제71항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 방법.
  75. 제71항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수(nanodimension)를 특징으로 하는 방법.
  76. 제71항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  77. 제71항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 단계가 금속염인 반응물을 사용하여 수행되는 방법.
  78. 제71항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  79. 제71항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  80. 제71항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  81. 적어도 하나의 카바이드 화합물을 포함하는 적어도 하나의 애노드, 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 전지를 포함하는 장치로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 장치.
  82. 제81항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 장치.
  83. 제81항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 장치.
  84. 제81항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 장치.
  85. 제81항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 장치.
  86. 제81항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 장치.
  87. 제81항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드가 반응물로서 금속염을 포함하는 캐소드 시스템의 일부인 장치.
  88. 제81항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 장치.
  89. 제81항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 장치.
  90. 제81항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 장치.
  91. 적어도 하나의 카바이드 화합물을 포함하는 전극 구조체로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 전극 구조체.
  92. 제91항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 전극 구조체.
  93. 제91항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 전극 구조체.
  94. 제91항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 전극 구조체.
  95. 제91항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 전극 구조체.
  96. 제91항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 전극 구조체.
  97. 제91항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 구조체가 카바이드 화합물과는 상이하며 카바이드 화합물과 접촉하는 적어도 하나의 전자 전도성 구조 엘리먼트를 더 포함하는 전극 구조체.
  98. 제91항 내지 제97항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 전극 구조체.
  99. 제91항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 전극 구조체.
  100. 제91항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 전극 구조체.
  101. 전기화학 전지에서 적어도 하나의 애노드를 작동시키는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 애노드는 적어도 카바이드 화합물을 포함하고, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법.
  102. 제101항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 방법.
  103. 제101항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 방법.
  104. 제101항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 방법.
  105. 제101항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  106. 제101항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  107. 제101항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드가 카바이드 화합물과 상이하며 카바이드 화합물과 접촉하는 적어도 하나의 전자 전도성 구조 엘리먼트를 더 포함하는 방법.
  108. 제101항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  109. 제101항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  110. 제101항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  111. 환원된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 적어도 하나의 염을 포함하는 용융물과 접촉된 적어도 하나의 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법.
  112. 제111항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 방법.
  113. 제111항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 방법.
  114. 제111항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 방법.
  115. 제111항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  116. 제111항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  117. 제111항 내지 제116항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 단계가 400℃ 이하의 온도에서 수행되는 방법.
  118. 제111항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  119. 제111항 내지 제118항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  120. 제111항 내지 제119항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  121. 적어도 하나의 유기 용매 및 환원된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 적어도 하나의 용해된 염을 포함하는 용액과 접촉된 적어도 하나의 카바이드 화합물에서 카바이드의 산화로부터 원소 탄소 물질을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 카바이드 화합물은 나노구조화된 방법.
  122. 제121항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노미립자 형태인 방법.
  123. 제121항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노와이어 형태인 방법.
  124. 제121항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 나노필름 형태인 방법.
  125. 제121항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 1,000 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  126. 제121항 내지 제125항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조화된 카바이드 화합물이 1 nm 내지 100 nm의 적어도 하나의 나노치수를 특징으로 하는 방법.
  127. 제121항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 단계가 400℃ 이하의 온도에서 수행되는 방법.
  128. 제121항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  129. 제121항 내지 제128항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  130. 제121항 내지 제129항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  131. 제1항 내지 제80항 및 제91항 내지 제130항을 포함하는, 본원에 기재 또는 청구된 방법 중 어느 것에 의해 제조된 원소 탄소 물질 조성물.
  132. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 50% 초과의 sp2 탄소인 조성물.
  133. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 50% 초과의 sp3 탄소인 조성물.
  134. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 90% 초과의 탄소인 조성물.
  135. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 2차원 플레이트형 구조체를 포함하는 조성물.
  136. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 서로의 상부에 적층된 2차원 플레이트형 구조체를 포함하는 조성물.
  137. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 그래핀 구조체를 포함하는 조성물.
  138. 제131항에 있어서, 원소 탄소 물질이 다이아몬드를 포함하는 조성물.
  139. 제131항의 조성물 및 적어도 하나의 다른 성분을 포함하는 조성물.
  140. 제131항 내지 제139항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 디바이스, 장치 또는 시스템.
  141. 적어도 하나의 카바이드 화합물을 나노구조화된 형태의 카바이드 화합물로 가공하는 단계를 포함하는 방법.
  142. 제141항에 있어서, 가공이 용융 형태의 카바이드 화합물로 수행되는 방법.
  143. 제141항에 있어서, 가공이 기계적 그라인딩을 사용하여 수행되는 방법.
  144. 제141항에 있어서, 가공이 몰드를 사용하여 수행되는 방법.
  145. 제141항 내지 제144항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 염 유사 카바이드인 방법.
  146. 제141항 내지 제145항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드인 방법.
  147. 제141항 내지 제146항 중 어느 한 항에 있어서, 카바이드 화합물이 칼슘 카바이드인 방법.
  148. 나노구조화된 칼슘 카바이드를 포함하는 조성물.
  149. 제148항에 있어서, 나노구조화된 칼슘 카바이드가 나노입자 형태인 조성물.
KR1020187033464A 2016-04-20 2017-04-19 나노구조화된 카바이드 화합물을 사용하는, 카바이드의 탄소로의 전환을 위한 방법, 장치 및 전극 KR20190005167A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11065939B2 (en) * 2018-05-16 2021-07-20 Hyundai Motor Company Motor-driven air vent device for vehicle
KR20220138718A (ko) * 2021-04-06 2022-10-13 한국과학기술원 바나듐 탄화물 나노와이어 및 그 제조 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105189346B (zh) * 2013-03-15 2018-05-08 西弗吉尼亚大学研究公司 用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法
CN109589868B (zh) * 2018-11-09 2020-12-15 西安交通大学 一种高温熔融电石液造粒成型装置
CN110203904B (zh) * 2019-06-06 2021-07-09 东北大学 用于制备纳米结构碳材料的前体材料及方法
CN110270362B (zh) * 2019-07-02 2020-08-14 华东理工大学 一种锰氮共掺杂碳化钼纳米棒及其制备方法和应用
CN110660989B (zh) * 2019-09-27 2020-09-22 东北大学 碳化钙共还原硅氧化物和含硼氧化物制备的硅基Si-B-C负极材料及其制法和应用
CN110589796B (zh) * 2019-09-27 2020-11-24 东北大学 一种熔盐化学合成碳粉体及其制备方法和应用

Family Cites Families (100)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US380775A (en) 1888-04-10 Process of obtaining sodium
US1319148A (en) 1919-10-21 Bbocess oii producing alkali metals from theirschlorids
US1271713A (en) 1917-10-30 1918-07-09 Carborundum Co Method for the production of silicon tetrachlorid.
US1528824A (en) 1920-07-07 1925-03-10 Hackspill Louis Process for obtaining alkali metals
US1889951A (en) 1927-03-21 1932-12-06 American Cyanamid Co Method for cooling calcium carbide
US2382713A (en) 1941-07-12 1945-08-14 Marine Magnesium Products Corp Process for manufacturing magnesium
US2323597A (en) 1941-07-12 1943-07-06 Marine Magnesium Products Corp Process of manufacturing metallic magnesium
US2760847A (en) 1951-11-13 1956-08-28 Houdry Process Corp Production of hydrogen and carbon
US2729689A (en) 1952-05-27 1956-01-03 Air Reduction Production of carbide product and methylacetylene
US2739041A (en) 1953-07-03 1956-03-20 Stauffer Chemical Co Silicon tetrachloride manufacture
US2813017A (en) 1954-09-03 1957-11-12 Pechiney Prod Chimiques Sa Thermal process for producing alkali metals and magnesium
US2892762A (en) * 1957-04-01 1959-06-30 American Potash & Chem Corp Production of elemental boron electrolytically
US3066099A (en) 1959-06-29 1962-11-27 Nilok Chemicals Inc Mineral active carbon and process for producing same
US3031413A (en) 1959-09-29 1962-04-24 American Cyanamid Co Solution of a carbide in a molten halide
US3201052A (en) 1962-10-30 1965-08-17 Knapsack Ag Process for crushing and cooling calcium carbide blocks
DE1667532A1 (de) 1967-12-29 1971-07-08 Herbert Greiner Verfahren zur Herstellung von Diamanten unter milden Synthesebedingungen
US4105440A (en) 1969-09-05 1978-08-08 Battelle Memorial Institute Process for reducing metal halides by reaction with calcium carbide
JPS52128525A (en) 1976-04-21 1977-10-28 Keizou Hayamizu Iodine alkaline battery
US4275050A (en) 1979-11-08 1981-06-23 Tdc-Technology Development Corporation Production of ultra-hard particles
FR2482578A1 (fr) 1980-05-17 1981-11-20 Hoechst Ag Procede pour refroidir le carbure de calcium fondu et appareillage pour sa mise en oeuvre
EP0081487A4 (en) 1981-06-22 1984-09-06 Tdc Technology Dev Corp PRODUCTION OF ULTRAHARD PARTICLES.
SU996324A1 (ru) 1981-07-16 1983-02-15 Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета Способ получени углеродного материала
DD259147A1 (de) 1982-12-07 1988-08-17 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zur herstellung von hochdruckmodifikationen des kohlenstoffs
SU1175869A1 (ru) 1984-01-05 1985-08-30 Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета Способ получени углеродного материала
WO1986002108A1 (fr) 1984-10-05 1986-04-10 Extramet S.A. Procede de production de calcium ou d'alliages de calcium de haute purete
FR2582019B1 (fr) 1985-05-17 1987-06-26 Extramet Sa Procede pour la production de metaux par reduction de sels metalliques, metaux ainsi obtenus et dispositif pour sa mise en oeuvre
US4990403A (en) 1989-01-20 1991-02-05 Idemitsu Petrochemical Company Limited Diamond coated sintered body
JPH0822733B2 (ja) 1993-08-04 1996-03-06 工業技術院長 カーボンナノチューブの分離精製方法
US5384016A (en) 1993-11-10 1995-01-24 National Science Council Process for recovering tungsten carbide from cemented tungsten carbide scraps by selective electrolysis
US5680292A (en) 1994-12-12 1997-10-21 T/J Technologies, Inc. High surface area nitride, carbide and boride electrodes and methods of fabrication thereof
US5599624A (en) 1995-07-03 1997-02-04 General Electric Company Amorphous silicon oxycarbide coated silicon carbide or carbon fibers
US5997832A (en) 1997-03-07 1999-12-07 President And Fellows Of Harvard College Preparation of carbide nanorods
US6214309B1 (en) 1997-09-24 2001-04-10 University Of Connecticut Sinterable carbides from oxides using high energy milling
US6793875B1 (en) * 1997-09-24 2004-09-21 The University Of Connecticut Nanostructured carbide cermet powders by high energy ball milling
JP3242060B2 (ja) 1998-04-23 2001-12-25 株式会社不二機販 常温浸炭処理方法
US6936565B2 (en) 1999-01-12 2005-08-30 Hyperion Catalysis International, Inc. Modified carbide and oxycarbide containing catalysts and methods of making and using thereof
US6514897B1 (en) 1999-01-12 2003-02-04 Hyperion Catalysis International, Inc. Carbide and oxycarbide based compositions, rigid porous structures including the same, methods of making and using the same
RU2181795C2 (ru) 1999-02-08 2002-04-27 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Способ синтеза алмаза
US6451279B1 (en) 1999-02-23 2002-09-17 Idaho Research Foundation, Inc. Process for making carbides through mechanochemical processing
US6579833B1 (en) 1999-09-01 2003-06-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Process for converting a metal carbide to carbon by etching in halogens
US20010047980A1 (en) 1999-09-01 2001-12-06 Mcnallan Michael J. Process for converting a metal carbide to diamond by etching in halogens
AU2906401A (en) 1999-12-21 2001-07-03 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Hydrogen and elemental carbon production from natural gas and other hydrocarbons
US6479028B1 (en) 2000-04-03 2002-11-12 The Regents Of The University Of California Rapid synthesis of carbon nanotubes and carbon encapsulated metal nanoparticles by a displacement reaction
US6670058B2 (en) 2000-04-05 2003-12-30 University Of Central Florida Thermocatalytic process for CO2-free production of hydrogen and carbon from hydrocarbons
US7045074B2 (en) 2002-01-23 2006-05-16 Okazaki National Research Institutes Magnetic cluster, magnetic recording medium, method for fabricating a magnetic cluster and method for fabricating a magnetic recording medium
US20060165988A1 (en) 2002-04-09 2006-07-27 Yet-Ming Chiang Carbon nanoparticles and composite particles and process of manufacture
CN1210415C (zh) * 2002-11-06 2005-07-13 李永春 纳米复合碳化钙基和氧化钙基钢铁脱硫剂
US20060140846A1 (en) 2003-04-23 2006-06-29 Jaan Leis Method to modify pore characteristics of porous carbon and porous carbon materials produced by the method
WO2005007566A2 (en) 2003-07-03 2005-01-27 Drexel University Nanoporous carbide derived carbon with tunable pore size
US20050058875A1 (en) 2003-07-30 2005-03-17 Allan Jerome Mixed reactant molecular screen fuel cell
CN1590288A (zh) 2003-09-03 2005-03-09 谢永贵 一种产生离子态碳并合成金刚石、富勒烯及碳纳米管的方法
US6995115B2 (en) 2003-09-23 2006-02-07 Catalytic Materials, Llc Catalyst for the generation of CO-free hydrogen from methane
US7001586B2 (en) 2003-09-23 2006-02-21 Catalytic Materials, Llc CO-free hydrogen from decomposition of methane
JP4126376B2 (ja) 2004-02-03 2008-07-30 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 遷移金属アセチリド化合物の製造方法
JP4032121B2 (ja) 2004-02-03 2008-01-16 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 炭素層被覆遷移金属ナノ構造体の製造方法、炭素層被覆遷移金属ナノ構造体パターンの製造方法、炭素層被覆遷移金属ナノ構造体、及び炭素層被覆遷移金属ナノ構造体パターン
US7803345B2 (en) 2004-06-01 2010-09-28 Hlr Development Ou Method of making the porous carbon material of different pore sizes and porous carbon materials produced by the method
WO2006127017A2 (en) 2004-06-21 2006-11-30 Drexel University Methods for bulk synthesis of single-wall carbon nanotubes
US20060008403A1 (en) 2004-07-09 2006-01-12 Clean Technologies International Corporation Reactant liquid system for facilitating the production of carbon nanostructures
US7241475B2 (en) 2004-09-30 2007-07-10 The Aerospace Corporation Method for producing carbon surface films by plasma exposure of a carbide compound
WO2006052313A1 (en) 2004-11-08 2006-05-18 3M Innovative Properties Company Polyimide electrode binders
DE502005002744D1 (de) 2005-02-10 2008-03-20 Electrovac Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
US20090213529A1 (en) 2005-04-14 2009-08-27 Drexel University Nanocellular high surface area material and methods for use and production thereof
US20060251565A1 (en) 2005-04-22 2006-11-09 Tartu Tehnoloogiad Ou Method for manufacturing the nanoporous skeletonC material
US20090301902A1 (en) 2005-06-01 2009-12-10 Yury Gogotsi Process for producing nanoporous carbide-derived carbon with increased gas storage capability
AT502901B1 (de) 2005-10-31 2009-08-15 Electrovac Ag Vorrichtung zur wasserstoffherstellung
WO2007062095A1 (en) 2005-11-23 2007-05-31 Drexel University Process for producing nanoporous carbide derived carbon with large specific surface area
US20090258782A1 (en) 2005-12-09 2009-10-15 Drexel University Mesoporous carbons
CN100439238C (zh) 2005-12-14 2008-12-03 微宏科技（湖州）有限公司 金属镁及其掺杂其他金属的混合物催化分解碳氢化合物制氢
EP2024070A1 (en) 2006-05-12 2009-02-18 Drexel University Nanoporous carbonaceous membranes and related methods
EP1916233A1 (en) 2006-10-20 2008-04-30 BP Chemicals Limited Process for the conversion of hydrocarbons to alcohols
JP2008105922A (ja) 2006-10-24 2008-05-08 Samsung Sdi Co Ltd カーバイド誘導炭素、冷陰極用電子放出源及び電子放出素子
US8092778B2 (en) 2007-01-24 2012-01-10 Eden Energy Ltd. Method for producing a hydrogen enriched fuel and carbon nanotubes using microwave assisted methane decomposition on catalyst
WO2008102357A2 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Boron Compounds Ltd. Method for the preparation of ceramic materials
KR100829759B1 (ko) 2007-04-04 2008-05-15 삼성에스디아이 주식회사 카바이드 유도 탄소를 이용한 카본나노튜브 혼성체, 이를포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자방출 소자
US8088434B2 (en) 2007-06-09 2012-01-03 Cxnanophysics, Llc Templated growth of graphenic materials
CN100546908C (zh) 2007-09-04 2009-10-07 浙江理工大学 一种碳化铝纳米带的合成方法
CA2730754C (en) 2008-08-01 2015-05-26 Beijing University Of Chemical Technology Method and system for producing calcium carbide
US20110287174A1 (en) 2008-08-21 2011-11-24 Board Of Trustees Of Michigan State University Novel catalyst for oxygen reduction reaction in fuel cells
JP5155975B2 (ja) 2008-09-26 2013-03-06 ビジョン開発株式会社 ナノダイヤモンドの精製方法及び精製ナノダイヤモンド
EP2228854B1 (en) 2009-03-12 2014-03-05 Belenos Clean Power Holding AG Nitride and carbide anode materials
US8242030B2 (en) 2009-09-25 2012-08-14 International Business Machines Corporation Activation of graphene buffer layers on silicon carbide by ultra low temperature oxidation
DE102009052933A1 (de) 2009-11-12 2011-05-19 Bayer Technology Services Gmbh Verfahren zur Herstellung von Graphen-Lösungen, Graphen-Alkalimetallsalzen und Graphen-Verbundmaterialien
US10005672B2 (en) 2010-04-14 2018-06-26 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Method of forming particles comprising carbon and articles therefrom
US8951401B2 (en) 2010-05-28 2015-02-10 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Method for electrochemically depositing carbon film on a substrate
US20120148473A1 (en) 2010-12-14 2012-06-14 Y-Carbon, Inc. Method of making carbide derived carbon with enhanced porosity and higher purity
JP2012166980A (ja) 2011-02-14 2012-09-06 National Institute For Materials Science カーバイド誘導炭素の合成方法
US20120219488A1 (en) 2011-02-28 2012-08-30 Y-Carbon, Inc. Continuous manufacture of carbide derived carbons
JP6158786B2 (ja) 2011-03-26 2017-07-05 本田技研工業株式会社 カーボンナノチューブを製造する電極触媒方法
CN102390828B (zh) 2011-08-03 2013-06-19 山东大学 一种低温反应制备高石墨化空心纳米碳球的方法
JP6011614B2 (ja) 2012-04-02 2016-10-19 住友電気工業株式会社 多孔質炭素材料の製造方法
KR101442813B1 (ko) 2012-07-27 2014-09-23 한화케미칼 주식회사 다공성 탄소 및 이의 제조방법
KR101412775B1 (ko) 2012-07-27 2014-07-02 서울대학교산학협력단 다공성 탄소 및 이의 제조방법
DE102012213595A1 (de) 2012-08-01 2014-05-15 Technische Universität Dresden Verfahren zur Herstellung von porösem Kohlenstoff
KR20140064389A (ko) 2012-11-20 2014-05-28 고려대학교 산학협력단 탄화물 세라믹스로부터 유도된 탄소층 및 이의 제조방법
CN105189346B (zh) 2013-03-15 2018-05-08 西弗吉尼亚大学研究公司 用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法
CA2849130A1 (en) 2013-04-19 2014-10-19 Dean Mccann Synthetic slag briquettes for use in steelmaking
CN103436904B (zh) * 2013-07-29 2016-05-04 燕山大学 一种熔盐电解法制备碳化物衍生碳的方法
KR101472313B1 (ko) 2014-10-01 2014-12-15 고려대학교 산학협력단 탄화물 세라믹스로부터 유도된 탄소층 및 이의 제조방법
EP3212572B1 (en) 2014-10-21 2019-04-24 West Virginia University Research Corporation Methods and apparatuses for production of carbon
CN105037988A (zh) 2015-07-31 2015-11-11 苏州天健竹业科技有限公司 一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11065939B2 (en) * 2018-05-16 2021-07-20 Hyundai Motor Company Motor-driven air vent device for vehicle
KR20220138718A (ko) * 2021-04-06 2022-10-13 한국과학기술원 바나듐 탄화물 나노와이어 및 그 제조 방법

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