炭素材料中へのナトリウムのインターカレーションに対するホストおよび溶媒の効果

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450322
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 稲垣 道夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20023054)
• Keywords: ナトリウム / インターカレーション / コークス / 熱分解炭素 / 低結晶性炭素 / エーテル / 有機分子錯体 / 粒子崩壊

Research Abstract

本研究では,ナトリウムに焦点を合わせ,ホストとしての炭素材料の構造・組織とナトリウムに配位する溶媒分子の2つの因子を変えることによって,ナトリウムのインターカレーション挙動,ひいては有機溶媒中でのインターカレーション反応を支配している因子を解明することを目的とした.
ナトリウムについて,炭素鎖数も異にするエーテル中からのインターカレーションを,様々な結晶性をもつコークスを用いて検討した.その結果,コークスの結晶性が低いほど,溶媒のコインターカレーションを阻害する抵抗力が大きくなり,配位力が弱く,嵩ばる分子ほどコインターカレーションし難いことが明らかになった.
ドナー型のナトリウムと対比するため,アクセプター型の塩化鉄について,そのニトロメタン中からの三元系インターカレーション化合物生成に対するホスト効果を検討した.コークスにおいては,インターカレーション可能な黒鉛化度の下限は,塩化鉄の濃度に大きく依存し,0.6Mの溶液では3000℃処理コークスでも全く反応しないのに対して,4.8Mの溶液では2100℃処理コークスまでインターカレーションが可能であった.また,1900℃以下の温度で処理したコークスとは全く反応しなかった.熱分解炭素においては、結晶性や溶液の濃度に依存せず,同じステージ数のインターカレーション化合物を生成した.
インターカレーションに伴うホスト粒子の膨張・崩壊に着目し,反応後のホスト粒子の形態を観察した.結晶子が三次元的に配向しているコークスの場合は,粒子の崩壊(degradation)はゲスト化学種の大きさのみで決まっており,特に,アルカリ金属の場合は,溶媒分子のコインターカレーションの有無と完全に一致していた.
これらの実験結果を基に,ナトリウムを中心としたアルカリ金属,さらに塩化鉄が,それらの有機溶液中で,低結晶性炭素材料へのインターカレーション機構を考察した.

Research Products

• [Publications] O.Tanaike: "Effect of Ethen Coordination for Sodium Intercalation into Poly(Vinyl Chloride)cokes with Different Graphitization Desece" Synth.Met.96. 109-116 (1998)
• [Publications] O.Tanaike: "Different Reactivity of Carbon Materials for Intercalation of Iron Chlorids in Its Nitorometrane Solution" Synth.Met.(印刷中).
• [Publications] O.Tanaike: "Degradation of Carbon Materials by Intercalation" Carbon. (印刷中).