ポーラスカーボンは、産業のあらゆる分野で使用され、我々の生活においても広く浸透しており、特にエネルギー・環境問題の解決にはなくてはならない物質となっている。ポーラス材料として他の物質、例えばMOFやゼオライトやメソポーラスシリカに代表される規則性多孔体と比較すると、規則性や均一性はおとるものの、導電性が高いことが最大の特徴であり、また細孔径制御の点からもカーボン骨格の柔軟性を利用した細孔制御ができる可能性がある。今日では、ナノ材料の多機能・高性能化がますます追求されるようになっており、用途ごとに最適な径の細孔を製造する技術、不必要な径の細孔をできるだけ生成しない技術、および細孔構造を制御する技術の開発が求められている。触媒担体、吸着剤、電極材料など、用途開発の進展が著しく、さらなる高表面積化、細孔径制御、エッジの構造制御、カーボンアロイ化など、多くの展開が見込まれる。
本書は、ポーラスカーボンの研究の第一線で活躍される著者から、ミクロ/メソ/マクロポーラスカーボンおよびカーボンアロイの合成法を執筆頂いた。本書の前半ではミクロポーラスカーボンやメソポーラスカーボンの合成法の開発に関して、後半では、電極材料、触媒担体、吸着剤、分離膜などのポーラスカーボンの応用に関する研究を解説した。本書がポーラスカーボンの研究、デバイス開発の一助となり、さらなる研究発展につながることを期待する。
(本書「はじめに」より一部抜粋)
目次
【第1編 ポーラスカーボンの合成】
第1章 ソフトテンプレート法によるメソポーラスカーボンの合成
1 はじめに
2 規則性ポーラスカーボンの合成
3 ソフトテンプレート法によるメソポーラスカーボンの合成
4 メソポーラスカーボンの細孔制御,細孔構造制御
5 アルカリ賦活によるミクロ孔の導入と高表面積化
6 メソポーラスカーボンの形態制御
7 無溶媒合成プロセスの開発
8 おわりに
第2章 HPCからのミクロ孔を主とした多孔質炭素の調製
1 はじめに
2 HPC
3 電界紡糸と不融化・炭素化
4 充放電測定
5 形態観察
6 比表面積の焼成温度依存性の検討(N2ガス吸脱着測定)
7 充放電測定
8 最後に
第3章 超分子集合体を基にしたポーラスカーボン材料の創製
1 はじめに
2 従来のポーラスカーボン材料の創製法 ―テンプレート法―
3 出発物質「ピラー[n]アレーン」の合成と構造について
4 水素結合により安定化された1次元チャンネルを有するピラー[6]アレーン結晶のガス吸着特性
5 ヒドロキノンからなるピラー[6]アレーンの化学的酸化による2次元シート集合体の形成
6 ヒドロキノンからなるピラー[6]アレーンの電気化学的酸化による基板表面における2次元シート状集合体の形成
7 2次元シートの焼成による分子レベルで空間を制御したポーラスカーボンの合成
8 終わりに
第4章 テレフタル酸Ca塩を原料としたメソポーラス炭素合成
1 はじめに
2 合成方法の概要
2.1 テレフタル酸カルシウム(TPACa)塩の合成
2.2 炭素化と多孔化処理
3 細孔構造と細孔生成機構
3.1 細孔構造
3.2 メソ細孔の生成機構
3.2.1 炭素化TPACa の形態
3.2.2 炭素化TPACa 中の生成物
3.2.3 CaCO3 とCa(OH)2 の生成機構
3.2.4 メソ細孔生成機構
4 おわりに
第5章 高比表面積と高黒鉛化度を両立した共連続オープンセル型ポーラス炭素の開発
1 はじめに
2 金属溶湯脱成分(Liquid metal dealloying)法
3 金属溶湯脱成分法を用いた共連続オープンセル型ポーラス炭素の作製方法
4 作製したポーラス炭素のポーラス構造,および,微細構造の評価
5 脱成分反応によるポーラス炭素の形成過程
6 金属溶湯脱成分法の反応設計に伴う多様なポーラス炭素の作製
7 おわりに
第6章 精密制御可能なミクロ‐メソ‐マクロ孔の階層構造を有する炭素材料の開発
1 はじめに
2 ガス賦活法による超高表面積カーボンゲルの合成
3 ミクロ‐メソ‐マクロ孔の階層構造をもつカーボンゲルの開発
4 ミクロ‐メソ‐マクロ孔の階層構造をもつフェノール樹脂由来炭素の開発
5 おわりに
第7章 氷晶テンプレート法によるマクロポーラスカーボンモノリスの合成
1 はじめに
2 氷晶テンプレート法によるモルフォロジー制御
3 氷晶テンプレート法によるカーボンモノリスの作製
4 カーボンマイクロハニカムの細孔構造制御
5 カーボンマイクロハニカムの応用
6 おわりに
第8章 ナノ構造化ポーラスカーボンアロイの構築
1 はじめに
2 カーボンアロイへのナノ空間構築
2.1 賦活型カーボンアロイ
2.2 GIC型カーボンアロイ
3 ナノ構造化前駆体を用いたカーボンアロイ構築
4 生成過程を利用したナノ構造化カーボンアロイ
第9章 ハロゲン不融化を利用した高炭素化収率ポーラスカーボンの合成
1 はじめに
2 ヨウ素処理による多孔性の発現と高炭素収率化
3 ハロゲン化物を活用した多孔性付与
4 バルク形態と細孔構造の同時制御
5 おわりに
【第2編 ポーラスカーボンの機能と応用】
第10章 多孔質炭素材料への水蒸気吸着
1 はじめに
2 材料および実験方法
3 水蒸気吸着等温線
3.1 平滑炭素表面
3.2 ミクロポーラス炭素およびメソポーラス炭素
3.3 脱着スキャニングカーブ
4 水蒸気吸着理論
4.1 Horikawa-Do(HD)モデル
5 おわりに
第11章 ポーラスカーボンに対するハロゲン化物イオンの吸着特性
1 はじめに
2 ポーラスカーボンへのイオンの吸着
3 ポーラスカーボンに対するハロゲン化物イオンの特異吸着現象
3.1 Br-の特異吸着現象:RbBr水溶液のポーラスカーボンへの液相吸着
3.2 Br-の特異吸着に与える溶媒の影響
3.3 アニオン種の特異吸着に与える溶媒以外の因子
4 おわりに
第12章 疎水化活性炭の合成・吸着特性及び浄水器用途への展開
1 はじめに
2 疎水化活性炭の合成
3 浄水器用途への展開
4 疎水化活性炭によるクロロホルム除去性能試験
5 おわりに
第13章 気体分離用中空糸カーボン膜の開発
1 はじめに
2 実用型カーボン膜の開発
3 カーボン膜の分離特性
4 カーボン膜の応用
4.1 二酸化炭素/メタン分離
4.2 有機溶剤の脱水とエステル化反応への応用
4.3 有機ハイドライドからの水素分離
5 カーボン膜のモジュール製造
6 おわりに
第14章 炭素膜の製膜とガス分離性能
1 はじめに
2 炭素膜の製膜
3 炭素膜の気体分離性能
4 おわりに
第15章 窒素ドープポーラスカーボン触媒の開発
1 電気化学エネルギーデバイス用カーボン系触媒
2 窒素ドープカーボン系触媒の合成法
3 金属空気電池用窒素ドープポーラスカーボンナノ粒子触媒
4 白金担持窒素ドープポーラスカーボンナノ粒子触媒
第16章 電気化学エネルギーデバイス用シームレスカーボン電極
1 はじめに
2 キャパシタ用シームレス活性炭電極
3 空気リチウム電池用シームレス活性炭電極
4 おわりに
第17章 MgO鋳型ポーラスカーボンを用いた電気化学キャパシタ
1 はじめに
2 MgO鋳型ポーラスカーボンの製造方法
3 MgO鋳型ポーラスカーボンの細孔構造
4 MgO鋳型ポーラスカーボンの電気二重層キャパシタへの応用
5 MgO鋳型ポーラスカーボンのナトリウムイオンキャパシタへの応用
6 おわりに
第18章 レドックスフロー電池用ポーラスカーボン電極
1 はじめに
2 ポーラスカーボン電極表面への酸素含有官能基付与の効果
3 Fe-N4サイト含有炭素薄膜の被覆によるジオキソバナジウムイオン還元反応の促進
4 3次元網目状構造を有する酸化黒鉛還元体におけるバナジウムイオン酸化還元反応
5 金属酸化物の触媒作用によるポーラスカーボン電極表面へのエッジ面の露出
6 おわりに
第19章 リチウム-硫黄二次電池の高容量化のための硫黄/多孔性炭素複合電極
1 はじめに
2 Li-S電池に用いられる電解液
3 Li-S電池における炭素担体の役割
4 溶媒和イオン液体電解液を用いたLi-S電池における炭素担体の影響
5 おわりに
第20章 カーボンミクロ空間の特異性と高容量キャパシタ電極開発への展開
1 はじめに
2 高比表面積カーボン電極材料
3 ミクロ細孔空間の特異性を活用した機能向上
3.1 ミクロ細孔の制約空間効果
3.2 脱溶媒和を利用した高容量電極材料モデルの提唱
3.3 カーボンミクロ細孔空間における脱溶媒和現象の観測
3.4 脱溶媒和を活かした高容量電極の構造最適化
3.5 表面官能基の影響
4 おわりに
