2015 Fiscal Year Research-status Report
ハロゲン処理を組み合わせた革新的鋳型炭素化法によるポーラスカーボンの細孔構造制御
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15K06438
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
宮嶋 尚哉 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (20345698)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ハロゲン / 鋳型炭素化 / ポーラスカーボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，金属イオン交換・吸着能を有するポリマーに対してハロゲン処理と焼成を行うことよって，ポリマーの熱安定化と無機鋳型の形成を同時に行い，引き続き水洗鋳型除去を行うことで，残炭率を増大させながら精密な細孔制御を達成するといった新規ポーラスカーボンの合成技術を確立することを目的とする。最終的には，本技術により従来の鋳型法の最大の欠点である製造コストの大幅な低減と，鋳型法特有の構造規則性を活かしたポーラスカーボンの新たな用途拡大を目指している。
平成27年度は，より均質な細孔構造を有するポーラスカーボンを得るための最適合成条件を検討した。原料には先行研究で使用したセルロースカルボン酸塩（カルボキシメチルセルロース）に加え，本手法の別ポリマーへの有用性(適用性)を検討するために，各種金属イオンと錯体を形成するキトサン，およびイオン交換により種々の金属種の導入が可能な汎用のイオン交換樹脂を用いた。これら3種の原料前駆体に対してハロゲン(主としてヨウ素)処理を行い，引き続き焼成，水洗除去により得られた炭素体の細孔容量ならびに炭素化収率の変化について詳細に調べた。
その結果，アルカリ金属イオンを含むセルロースとヨウ素蒸気との反応で生成したヨウ化物を除去することによって発現する細孔容量の増大効果は，ある特定のヨウ素導入処理の際に生じ，さらに原料中のアルカリ金属量にも影響を受けることが明らかとなった。またイオン交換樹脂やキトサンを原料にした場合も，ハロゲン化物除去による細孔容量ならびに炭素化収率の増大の効果が認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，ハロゲン導入量を一つの指標として，各炭素体の炭素化収率と細孔特性の変化を調べ，ある程度系統的な評価が行えた。また，本手法の有用性が，セルロース以外のポリマーでも確認できたことは興味深い結果であった。一方，原料前駆体の焼成時の物理的変化(相変化)が，細孔特性や炭素化収率に与える影響も無視できないことが示唆されたため，今後，焼成時の炭素体のモルフォロジー変化について吟味する必要性が生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，細孔形成メカニズムの解明を目的とした材料評価を加速させ，前年度の基礎的知見をフィードバックしながら，細孔を形成する炭素マトリックスの微細構造と鋳型ハロゲン化物のモルフォロージーとの相関性，細孔表面のラフネスや濡れ性などを総合的に評価することで，精密な細孔設計と応用を志向した材料設計を行う予定である。特に，ハロゲン化物の成長・凝集性が得られる炭素体の細孔特性に影響を及ぼしていることが容易に予想されるため，XRDやTEMなどの測定法を用いてその生成機構を検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究の遂行に不可欠な吸着測定用の寒剤ならびに焼成処理用の高純度ガスの購入を予定していたが，当初計画よりも使用頻度が少なく数回分が未購入のまま研究初年度が終了したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度の同消耗品の購入に充てる予定である。
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Research Products
(6 results)
