2014 Fiscal Year Annual Research Report
規則性メソポーラスカーボンの構造および形態制御と高機能化
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25289228
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
西山 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10283730)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | カーボン / キャパシタ / ナノ細孔 / カーボンアロイ触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、活性炭に代表される多孔性カーボン材料は、新規な触媒材料や電極材料、吸着剤としての応用が期待されており、高性能なカーボン材料の合成が期待されている。
界面活性剤を鋳型剤として用いる有機鋳型法や、ゼオライト、メソポーラスシリカを鋳型剤として用いる無機鋳型法を利用することで、様々な細孔径や細孔構造を持つメソポーラスカーボンやミクロポーラスカーボンが合成されている。しかし、これらの鋳型法を用いても吸着剤や電極材料として有効と予想される2nm程度の細孔を持つカーボンの合成は未だ困難であった。
本年度は、水酸化カリウムの存在下でレゾルシノール-ホルムアルデヒド-Pluronic F127有機複合体を合成し炭化することで、2.4nm程度の細孔径を持つナノポーラスカーボンの合成に成功した。表面積は3277m2 g-1であった。一方、F127を加えずに合成したカーボンは細孔径が約1.7nmの細孔であり、表面積は2412m2 g-1であった。本合成手法では、合成過程において炭素源とF127を水酸化カリウム水溶液に溶解させることで、黒色の均一な溶液を調製している。この段階で、ある程度重合反応が進行していると考えられる。この黒色溶液から溶媒を揮発させることで、有機複合体を合成している。この溶媒揮発の際、界面活性剤であるF127のミクロ相分離が起こったため、F127を加えて合成したカーボンはより大きな細孔径となったと考えられる。
得られた高表面積ナノポーラスカーボンについて、電気二重層キャパシタ性能の評価を行った。定電流密度では、541F g-1という高い値を示した。比較的大きな細孔径の細孔が存在し、さらに高い表面積を持つため、このように高い値を示したと考えられる。電流密度を増加させると性能は低下したが、電流密度を10倍に増加させても、約48%の性能を維持していた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の目的では5nm程度のメソポーラスカーボンの合成を計画していた。今年度、２nm程度の均一細孔をする高表面積カーボンを合成できたが、当初予定した成果を超えるものである。キャパシタなどへの応用を考えた場合、最適なカーボン多孔体の合成に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2nmの均一細孔を有する高表面積カーボンの電極特性、吸着特性など応用研究を展開していく。異種元素の導入法の開発についても取り組む。
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| Causes of Carryover |
基金分の研究費は次年度に繰り越し、カーボンの応用研究立ち上げに使用する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
カーボンの応用研究立ち上げに使用する。
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