TW201351765A - 碳系／活性物質複合物及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種多維碳/奈米活性粒子之複合材料，其具有大小為1至100奈米之活性粒子，與一維或二維之碳材骨幹，並以三維黏著碳材交互連結，同時具有儲存法拉第與非法拉第電荷之能力。添加多維碳同素異形體可以顯著地抑制了活性物質在合成過程中之團聚現象及充放電過程中之崩解現象，並在堆疊後成為一多維導通網絡架構，以增進材料之導電能力，進而增進材料之充放電速率。本發明另外提供的簡易而綠色之合成方式，使其深具大量生產之潛力，並可成為一款可應用於鋰離子二次電池、超級電容與鋰空氣電池中，深具潛力的綠色能源儲存材料。

Description

碳系/活性物質複合物及其製造方法
本案係與一種碳系活性複合物有關，尤其是與一種多維結構高容量能源儲存材料及其製作方法有關，該多維碳系奈米級活性複合物，可用以製造高能量密度之能源儲存裝置，特別是鋰離子二次電池芯及以利用其所製得的電池組。
於現今科技革命與環保意識抬頭的二十一世紀中，為了因應新世代的科技與綠能產品快速演進，消費者對儲能產品效能要求與需求也同步成長。對於例如攜帶型之3C產品，例如手機、掌上型電腦(PDA)、智慧型手機(Smart phone)、筆記型(平板)電腦、數位相機等，或是電動車、油電混合車等等大型交通工具來說，儲能裝置之電容量、壽命甚至是輸出功率等要求都日趨嚴苛，同時因環保意識的抬頭，消費者同時對產品生產過程也投以關注，因此一種可大量生產的綠色化學製程，對於生產者與消費者雙方而言都是不可或缺的。以鋰離子電池為例，目前商業化的高能量電池負極多為石墨，然而其之理論電容量僅止於372 mAh/g。為了突破此容量限制，對於新興負極的研究正廣泛地展開，其中尤其以錫基材料(Sn：998 mAh/g、SnO2：780 mAh/g)與矽基材料(4200 mAh/g)兩者的合金系統最具發展潛力。然而不管是錫基或是矽基之負極材料，其在充放電過程中的鋰離子遷入遷出都伴隨著劇烈的體積膨脹與收縮，因而致使合金材料崩解並大幅降低電池循環壽命，而使其成為目前負極合金材料在商業化上最大的阻礙。
為了解決及緩和負極合金材料之體積變化，目前已有文獻或 專利揭露許多種解決方案。例如美國專利號US 6,143,448(1999年4月15日)便揭露以金屬鹽類作為前驅物，經由蒸發乾燥加熱與後續多道步驟來合成多孔性高表面積電極材料，並藉由多孔性材料合成時所預留下的空間來容納鋰離子遷入後造成的體積膨脹。然而高比表面積電極材料對於某些電化學應用來說並不恰當的，特別是鋰離子二次電池負極，而且若以例如氯化鹽、硫酸鹽等金屬鹽類做為前驅物，將使得原子利用率(atom utilization)僅只有40%至60%，此與綠色化學概念背道而馳。
美國專利號US 6,103,393(1998年8月27日)揭露以氣凝膠合成法來製作出碳/金屬複合微粒材料，該製程使用商業化多孔碳材做為基材，並在吸收金屬鹽類前驅物後，再以噴出製程使金屬觸媒被鑲嵌於碳材內部，於此實例中之碳材係主要作為載體，負載金屬有鉑、銀、鈀、釕、鋨...等等，而適用於例如燃料電池之應用的電化學觸媒反應。由於此前案係以例如氯化鹽、硫酸鹽等金屬鹽類做為前驅物，同樣將使得原子利用率(atom utilization)僅只有40%至60%，而與綠色化學概念背道而馳。
美國專利號US 7,094,499(2003年6月10日)則揭露了以多款不同的碳材(如奈米碳管、碳纖維、石墨片...等)作為做為基材，並使用金屬鹽溶液來進行化學沉積處裡，後續再使用酸液來清洗材料表面之不穩定沈積層，藉以製成碳/金屬複合材料，並將此材料進行鋰離子電池應用測試。但其之各款材料所具電容量皆少於400 mAh/g。此外，在此製程中亦使用了大量強酸與金屬氯化物，二者皆不屬於對環境友善之原料。
美國專利號US 7,745,047(2007年11月15日)揭露了以化學剝離2~90重量百分比之微米級氧化石墨烯做為基材，並以固態 球磨法、化學蒸氣沈積法或過濾混合堆疊等方式，來製作出各式金屬/合金碳複合電極，其係由例如由矽、鍺、錫、鉛、鉍、鋁、鋅...等與其各式合金之多種材料所組成。雖然複合電極在鋰離子二次電池上有不錯的電化學表現，但此篇專利之材料的合成原料須使用大量的氧化石墨烯基材。此外，即使利用美國專利號US 2,798,878(1954年7月19日)之技術仍難以大量製造出合成之氧化石墨烯，而且大量強氧化劑與強酸之使用，將致使製造過程極不環保。故若要將其之電極產品投入量產，降低氧化石墨烯之使用量是絕對必要的。
Cheng M.Y.等人(Chen MY, Hwang CL,Pan CJ,Cheng JH,Ye YS,Rick JF and Hwang BJ,J.Mater.Chem.,2011,21,10705-10710)於2011年提出以葡萄糖水熱法佐以金屬錫做為前驅物，以製造出能應用於鋰離子電池陽極的奈米級二氧化錫/碳複合材料。此篇文獻指出微米金屬錫粒子在葡萄糖參與下，將被氧化並縮減為2~5奈米尺寸，並且均勻散佈於母體碳材內之奈米級二氧化錫。此材料在鋰離子電池的應用上可以具有521 mAh/g之電容量，但由於熱碳還原溫度與錫金屬低熔點之雙重限制，此材料之熱處理溫度範圍係被侷限在於400℃以下燒結，而熱碳還原出之金屬錫粒會脫離碳材並聚集為數微米之大小，且電性衰退快速。而僅400℃之煆燒溫度並不足以將碳系基質完全碳化，以致使該材料之導電性不佳，且此碳系基質無法有效抑制還原活性物質之聚集，因此無法進行二氧化錫還原，同時也導致該材料之首圈不可逆電容量無法有效降低。
總結以上各款電極材料之效能與其之製作方法皆有其缺點。因此，如何研發一款具高循環壽命、高容量之電極材料以及兼備 可量產之綠色製程，將會是目前儲能產業所極為迫切需要的技術。
本案申請人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終於構思出本案，能夠克服先前技術之不足，以下為本案之簡要說明。
為了有效避免製備過程中活性物質之聚集或充放電過程中活性物質之崩解、提昇材料導電度及活性物質之利用率、降低活性材料在充放電過程中體積劇烈變化所導致之材料崩解及其氧化物與高比表面積奈米材料所帶來之不可逆電容量，以及減少對環境不友善之化學物質之使用及廢棄物產生。本發明以微米級活性的粒子(如矽、錫、錳、鍺、銻、鉍、鋅、鋁、鎘)配合醣類(如葡萄醣、蔗糖、乳糖、寡糖等)做為前驅物，經添加零維或一維或二維碳材，並透過水熱法合成多維碳材/奈米級活性粒子複合材料。
因此，本發明提供一種碳系活性複合物，包括：複數個碳同素異形體；複數個具活性的粒子；以及複數個醣類分子組成之一三維黏著碳材，其等係分別與該等具活性的粒子耦合，以使得各該等具活性的粒子耦合至各個該等碳同素異形體，並使得該等碳同素異形體彼此堆疊成為該碳系活性複合物。
較佳地，其中該等碳同素異形體，係選自於由一零維碳同素異形體、一一維碳同素異形體、一二維碳同素異形體以及其等之組合所組成的群組，其中該零維碳同素異形體係選自於由一奈米碳球、一碳黑及一活性碳粉所組成的群組，該一維碳同素異形體係選自於由一奈米碳管、一石墨碳管及一碳纖維所組成的群組 其，以及該二維碳同素異形體係為一石墨烯或一天然石墨。
較佳地，其中該二維碳同素異形體的含量中最多係佔該碳系活性複合物的5重量百分比。
較佳地，該碳系活性複合物中的該碳同素異形體可源自於一天然或人工合成石墨片、一碳纖維、一石墨碳管、一石墨碳球、一中間相碳球、一瀝青、一石油焦炭、一碳黑及一結晶性高分子碳材，以剝離或分離方法得之，厚度或直徑小於50奈米，長寬為1至10微米。
較佳地，其中該等具活性的粒子係選自於由矽、錫、錳、鍺、銻、鉍、鋅、鋁、鎘金屬以及其等之合金、氧化物、碳化物、碳酸鹽、磷酸鹽與複合元素所組成的群組。
較佳地，其中該等具活性的粒子，係嵌入該三維黏著碳材之內部，或是分布於該複數個碳同素異形體之表面上，且該等具的粒子係具有1~100奈米之粒徑，並在該碳系活性複合物的含量中佔20%至97%之重量百分比。
較佳地，其中該等醣類分子係具有多元環之結構，且係選自於由一單醣、一雙醣、一寡醣、一多醣及其等之組合所組成的群組，該單醣係選自於由一核糖、一去氧核糖、一葡萄糖、一果糖、一半乳糖及其等之組合所組成的群組，該雙醣係選自於由一蔗糖、一乳果糖、一乳糖、一麥芽糖及其等之組合所組成的群組。
較佳地，該碳系活性複合物中的該複數個醣類分子與該複數個具活性的粒子耦合，使該複數個具活性的粒子耦合該複數個碳同素異形體，並與該複數個碳同素異形體偶合，使該複數個碳同素異形體彼此堆疊。
本發明另提出一種碳系活性複合物，包括：一導電物質；一具活性的粒子；以及一碳系基質其係與該具活性的粒子耦合，以使得該具活性的粒子耦合至該導電物質，並使得該具活性的粒子之尺寸最小化及穩定化。
較佳地，其中該導電物質係選自於由一零維碳同素異形體、一一維碳同素異形體、一二維碳同素異形體，以及一三維碳同素異形體所組成的群組，且該碳系基質之前趨物係為複數個醣類分子。
本發明另提出一種奈米級碳系活性複合物之製造方法，其包含下列步驟：(a)將一碳同素異形體、一醣類溶液與一微米級具活性的粒子加以混合，以形成一混合溶液；(b)在一密閉環境下反應該混合溶液，以形成一中間產物；以及(c)將該中間產物加以煆燒，以產生該奈米級碳系活性複合物。
較佳地，其中該步驟(b)還包含：(b1)將該醣類碳化成為一碳系基質，並將該微米級具活性的粒子，氧化成為一嵌入於該碳系基質的奈米級具活性的粒子；該步驟(c)還包含：(c1)導入一氣體，以於400℃以上將該中間產物還原，其中該氣體係選自於由氮氣、氬氣、一氧化碳、氫氣、聯胺、鋰、鈉、鉀、鎂蒸氣及其等之組合所組成的群組。
較佳地，其中該步驟(b)係在100℃~350℃的溫度範圍，以及1巴~150巴之壓力範圍下進行反應。
較佳地，其中該步驟(b)係在150℃~250℃的溫度範圍，以及4巴~25巴之壓力範圍下進行反應。
較佳地，該製造方法中該碳系基質可將該奈米級具活性的粒 子包覆於該碳同素異形體表層，並使該碳同素異形體形成導電網絡。
較佳地，該製造方法中添加該碳同素異形體，可降低低熔點之該具活性的粒子之團聚現象。
較佳地，該製造方法中添加該碳同素異形體，可抑制該複合材料在充放電過程之活性材料崩解或材料表面鈍化膜之成長。
本案所提出之發明將可由以下的實施例說明而得到充分暸解，並使得熟悉本技藝之人士可以據以完成之，然而本案之實施例並非可由下列實施例而限制其實施型態，熟悉本技藝之人士仍可依據所揭露之實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明之範圍。
請參閱第1圖，其係為本發明之碳系活性複合物10之掃描式電子顯微鏡圖像。在第1圖中，碳系活性複合物包括三維黏著碳材11、石墨烯平板12及奈米活性粒子13。其中三維黏著碳材11可藉著將多個石墨烯平板12彼此堆疊，亦可使平均分散於三維黏著碳材11中的奈米金屬活性粒子13，黏著至石墨烯平板12的表面上，以形成本發明之碳系活性複合物10。
在水熱法的過程中，首先微米級活性粒子會逐漸與葡萄糖溶液發生氧化反應，並轉化成奈米級活性化合物粒子，其後奈米級活性化合物粒子可經由三維黏著碳材，而持續聚合成約200奈米之碳中間產物，其中奈米活性化合物粒子會均勻分散在碳中間產物中。在添加氧化石墨烯之後，碳中間產物會附著於氧化石墨烯 表面，並黏合至數組氧化石墨烯平板，並呈現出微米等級層狀再堆疊之獨特表面形態。將此材料經鈍性氣體以400℃~900℃熱處理後，少量添加之氫氣或材料本身之碳，可將活性化合物還原成奈米活性粒子，以增加材料導電性，同時降低首圈不逆電容量。少量添加的氧化石墨烯在活性化合物還原過程中係扮演重要角色，其是因為氧化石墨烯可有效抑制活性化合物還原時的團聚現象，進而達到可控制活性物質粒徑的獨特能力，再者較大的活性複合物，較容易與溶液及黏著劑均勻混合，並在直接塗佈於電極極板時可有較佳的黏著性，故能增加電池之循環壽命，最後石墨烯特有之sp2結構電子傳導骨幹，也可進一步提升電池之高速充放電能力。
實施例1
首先，將2.5克石墨(Graphite)、2.5克硝酸鈉(Sodium nitrate,NaNO3)與115毫升硫酸(Sulfuric acid,H2SO4)，於500毫升冰浴反應瓶中均勻混合，並以磁石攪拌。接著在攪拌下緩緩加入7.5克高錳酸鉀(Potassium Permanganate,KMnO4)並避免反應溫度超過20℃。然後將反應瓶移至35℃水浴反應30分鐘，反應完成後於瓶中緩緩加入115毫升去離子水，並使反應溫度升溫至98℃後反應15分鐘。後續再注入350毫升去離子水與23毫升35%過氧化氫(Hydrogen peroxide,H2O2)，並等待自然冷卻後將反應物以透析水洗方式洗至中性，以製備出氧化石墨烯水溶液21(如第2(a)及2(b)圖所示)。取10毫升1 wt%之氧化石墨烯水溶液21，並添加3.6克葡萄糖22(>99.5%；較佳地為D(+)葡萄糖)，同時以磁石攪拌90分鐘，以讓葡萄糖充分溶解。後續加入1克微米級錫粉23(>99%；Sigma-Aldrich)並攪拌半小時。在其等混和均勻後將混合溶液移入 100毫升之反應釜，並以壓力為10巴(bar)溫度為180℃(若壓力為5巴，溫度為150℃；若壓力為24巴，則溫度為220℃)下，以油浴鍋持續加熱攪拌5小時。待反應釜自然冷卻後，將黑色粉末取出以500毫升去離子水沖洗，並在80℃烘箱中乾燥過夜，所得到的乾燥粉末係如第3(a)及3(b)圖所示。將乾燥完成之粉末(約2.25克)移至含鈍性混合氣體(5% H2 & 95% Ar)的環境下，以每分鐘5℃升溫速率升溫至550℃，並於550℃下煆燒0至4小時，以得到不同金屬粒徑大小之複合材料(如第4(a)及4(b)圖所示)，其中，該氧化石墨烯最多佔總複合材料的5重量百分比。
請參閱第5圖，其中第5(a)圖為金屬錫、氧化錫及二氧化錫的粒徑大小分佈圖，第5(b)圖為在煆燒過程前複合材料中金屬錫、氧化錫及二氧化錫的含量示意圖。由X光繞射分析儀(X-ray Diffraction,XRD)圖譜可以確定在煆燒的過程中，煆燒前複合材料中包含了二氧化錫(如第5(b)圖所示)。煆燒1小時後，複合材料中包含了金屬錫、氧化錫及二氧化錫，但是金屬錫的含量增多，及二氧化錫的含量減少(如第5(c)圖所示)。而煆燒4小時後，複合材料中則僅有金屬錫(如第5(e)圖所示)。由上述實驗證實，奈米級二氧化錫晶相係被轉換成為奈米級金屬錫相，並將大幅降低了二氧化錫之不可逆電容量。
請參閱第6(a)~6(d)圖，其係為上述複合材料經煆燒的結果。在鈍性混和氣體(5% H2 & 95% Ar)的環境下，以550℃煆燒1小時後，錫粒子的平均粒徑係為28.73 nm(如第6(a)及6(b)圖所示)。而在經過煆燒4小時後，該錫粒子的平均粒徑增為56.91 nm(如第6(c)及6(d)圖所示)。同時，隨著平均粒徑的增大，進而將使其塗佈於電極板時可有較佳的黏著性。
實施例2
於10毫升去離子水中加入3.6克葡萄糖(>99.5%；較佳為D(+)葡萄糖)，同時以磁石攪拌90分鐘讓葡萄糖充分溶解，接著加入1克微米級錫粉(>99%；Sigma-Aldrich)攪拌半小時。在混和均勻後將混合溶液移入100毫升之反應釜中，以壓力為10巴(Bar)溫度為180℃之油浴鍋持續加熱攪拌5小時。等反應釜自然冷卻後將黑色粉末取出，再以500毫升之去離子水沖洗，並在80℃烘箱中乾燥過夜。將2.25克乾燥完成之粉末移至含鈍性氣體(N2)中，並控制在400℃下煆燒4小時，以製造出奈米級二氧化錫碳複合材料。
實施例3
於10毫升去離子水中添加3.6克葡萄糖(>99.5%；較佳為D(+)葡萄糖)，同時以磁石攪拌90分鐘讓葡萄糖充分溶解，後續加入1克微米級錫粉(>99%；Sigma-Aldrich)攪拌半小時。在混和均勻後將混合液移入100毫升之反應釜中，以壓力為10巴(Bar)溫度為180℃之油浴鍋持續加熱攪拌5小時。等待反應釜自然冷卻後將黑色粉末取出後，再以500毫升去離子水沖洗，並在80℃烘箱下隔夜乾燥。將乾燥完成之粉末(約2.25克)移至含鈍性混合氣體(5% H2 & 95% Ar)的環境下，以600℃煆燒4小時，以製造出奈米級金屬錫/碳複合材料。
實施例4
首先，將2.5克石墨(Graphite)、2.5克硝酸鈉(Sodium nitrate,NaNO3)與115毫升硫酸(Sulfuric acid,H2SO4)，於500毫升之冰浴反應瓶中均勻混合，並以磁石攪拌。接著在攪拌下緩緩加入7.5克高錳酸鉀(Potassium Permanganate,KMnO4)並避免反應溫度超 過20℃。然後將反應瓶移至35℃水浴反應30分鐘，反應完成後於瓶中緩緩加入115毫升去離子水，並使反應溫度升溫至98℃反應15分鐘。後續再注入350毫升去離子水與23毫升35%過氧化氫(Hydrogen peroxide,H2O2)，等待自然冷卻後，將反應物以透析水洗方式洗至中性，以製備出氧化石墨烯水溶液。取10毫升1wt%之氧化石墨烯水溶液，並添加3.6克葡萄糖(>99.5%；較佳為D(+)葡萄糖)，與1.2g尿素(>99.5%；ACROS)，再以磁石攪拌90分鐘讓葡萄糖充分溶解。後續加入1克微米級(50 μm)錳金屬(>99%；Sigma-Aldrich)攪拌半小時。在混和均勻後將混合液移入100毫升之反應釜中，以壓力為10巴(Bar)溫度為180℃(若壓力為5巴，溫度為150℃；若壓力為24巴，溫度為220℃)之油浴鍋持續加熱攪拌5小時。等待反應釜自然冷卻後，將黑色粉末取出以500毫升去離子水沖洗，並在80℃烘箱下隔夜乾燥。乾燥完成之粉末由XRD鑑定為奈米級碳酸錳結構。再將約2.25克乾燥完成之粉末(如第7(a)圖所示)，移至鈍性氣體(N2)的環境下，以400℃煆燒4至10小時，此複合材料在煆燒後可以成功地將碳酸錳，轉變成具電化學活性之氧化錳(如第7(b)圖所示)。
請參閱第8圖，其係為上述複合材料經煆燒後的XRD鑑定結果。其中第8(c)圖說明在煆燒前，複合材料中的錳皆以碳酸錳的形式存在，經過400℃煆燒4至10小時後，複合材料中的錳從碳酸錳轉變成氧化錳(如第8(d)圖所示)。
本發明係屬難能可貴的創新發明，深具產業價值，援依法提出申請。此外，本發明可以由本領域技術人員做任何修改，但不脫離如所附權利要求所要保護的範圍。
10‧‧‧碳活性複合物
20‧‧‧石墨烯錫複合材料
11‧‧‧三維黏著碳材
12‧‧‧石墨烯平板
13‧‧‧奈米活性粒子
21‧‧‧石墨烯水溶液
22‧‧‧葡萄糖
23‧‧‧錫粉
第1圖為本發明之碳系活性複合物之掃描式電子顯微鏡(SEM)圖像。
第2(a)圖及第2(b)圖分別為反應初始之示意圖及SEM圖像。
第3(a)圖及第3(b)圖分別為經水熱處理後之示意圖及SEM圖像。
第4(a)圖及第4(b)圖分別為經還原煆燒後之示意圖及SEM圖像。
第5(a)圖為金屬錫、氧化錫及二氧化錫的X-ray繞射圖。
第5(b)圖為在煆燒過程前複合材料中金屬錫、氧化錫及二氧化錫的X-ray繞射圖。
第5(c)至第5(e)圖分別為不同時間煆燒後之錫粉末X-ray繞射圖。
第6(a)圖及第6(b)圖分別為煆燒1小時後的(a)SEM圖像及(b)錫粒子之粒徑大小分佈圖。
第6(c)圖及第6(d)圖分別為煆燒4小時後的(c)SEM圖像及(d)錫粒子之粒徑大小分佈圖。
第7(a)圖及第7(b)圖為(a)水熱處理後及(b)還原煆燒後之SEM圖像。
第8(a)圖及第8(b)圖分別為(a)碳酸錳及(b)氧化錳的粒X-ray繞射圖。
第8(c)圖至第8(d)圖分別為(c)煆燒前及(d)煆燒後之錳粉末X-ray繞射圖。
10‧‧‧碳系活性複合物
11‧‧‧三維黏著碳材
12‧‧‧石墨烯平板
13‧‧‧奈米活性粒子

Claims (11)

  1. 一種碳系活性複合物，其包括：複數個碳同素異形體；複數個具活性的粒子；以及複數個醣類分子組成之一三維黏著碳材，其等係與該等具活性的粒子耦合，以使得該等具活性的粒子與該等碳同素異形體耦合，並進而使得該等碳同素異形體彼此堆疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之碳系活性複合物，其中該等碳同素異形體，係選自於由一零維碳同素異形體、一一維碳同素異形體、一二維碳同素異形體以及其等之組合所組成的群組，其中該零維碳同素異形體係選自於由一奈米碳球、一碳黑、一活性碳粉及其等之組合所組成的群組，該一維碳同素異形體係選自於由一奈米碳管、一石墨碳管、一碳纖維及其等之組合所組成的群組，以及該二維碳同素異形體係為一石墨烯、一天然石墨及其等之組合所組成的群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之碳系活性複合物，其中該等具活性的粒子係選自於由矽、錫、錳、鍺、銻、鉍、鋅、鋁、鎘金屬以及其等之合金、氧化物、碳化物、碳酸鹽、磷酸鹽與複合元素所組成的群組。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之碳系活性複合物，其中該等具活性的粒子，係嵌入該三維黏著碳材之內部，或是分布於該複數個碳同素異形體之表面上，且該等具活性的粒子係有1~100奈米之粒徑，並在該碳系活性複合物的含量中佔20%至97%之重量百分比。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之碳系活性複合物，其中該等醣類分子係具有多元環之結構，且係選自於由一單醣、一雙醣、一寡醣、一多醣及其等之組合所組成的群組，該單醣係選自於由一核糖、一去氧核糖、一葡萄糖、一果糖、一半乳糖及其等之組合所組成的群組，該雙醣係選自於由一蔗糖、一乳果糖、一乳糖、一麥芽糖及其等之組合所組成的群組。
  6. 一種活性複合物，其包括：一導電物質；一具活性的粒子；以及一碳系基質，其係與該具活性的粒子耦合，以使得該具活性的粒子與該導電物質耦合，並使得該具活性的粒子之尺寸最小化及穩定化。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之活性複合物，其中該導電物質係係選自於由一零維碳同素異形體、一一維碳同素異形體、一二維碳同素異形體，以及一三維碳同素異形體所組成的群組，且該碳系基質之前趨物係為複數個醣類分子。
  8. 一種奈米級碳系活性複合物之製造方法，其包含下列步驟：(a)將一碳同素異形體、一醣類溶液與一微米級具活性的粒子加以混合，以形成一混合溶液；(b)在一密閉環境下，該混合溶液，在高溫高壓力下反應以形成一中間產物；以及(c)將該中間產物加以煆燒，以產生該奈米級碳系活性複合物。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，其中該步驟(b)還包含 (b1)將該醣類碳化成為一碳系基質，並將該微米級具活性的粒子，氧化成為一嵌入於該碳系基質的奈米級活性化合物粒子；以及該步驟(c)還包含(c1)導入一鈍性氣體，於400℃以上將該中間產物還原，其中該鈍性氣體係選自於由氮氣、氬氣、一氧化碳、氫氣、聯胺、鋰、鈉、鉀、鎂蒸氣及其等之組合所組成的群組。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，其中該步驟(b)係在100℃~350℃的溫度範圍，以及1巴~150巴之壓力範圍下進行反應。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中該步驟(b)係在150℃~250℃的溫度範圍，以及4巴~25巴之壓力範圍下進行反應。
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