粘土化合物層間で調製した二次元炭素の高度利用

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01490004
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 富田 彰 東北大学, 非水溶液化学研究所, 教授 (80006311)
• 研究分担者: 京谷 隆 東北大学, 非水溶液化学研究所, 講師 (90153238)
• キーワード: 2次元炭素 / 磁気抵抗 / 2次電池 / テニオライト / サポナイト / 吸着

研究概要

新しい炭素材料の中でも最近注目を浴びているものに、1次元あるいは2次元炭素などの低次元材料がある。我々は粘土化合物の層間という2次元場を利用して2次元状の炭素を初めて合成した。本研究ではこの特異な構造をもつ2次元炭素を出発原料として種々の物質を調製し、高機能炭素材料の開発を試みることが目的である。平成元年度では、この炭素に異種原子を挿入させた2次元状の黒鉛層間化合物の合成を試み、それに成功した。平成2年度では、2次元状炭素の電気的諸物性を測定するとともに、合成した2次元状黒鉛層間化合物の2次電池としての応用を検討した。また、種々の粘土を用いて新しい物性をもつ2次元炭素の合成も試みた。その結果、次のようなことが明らかとなった。
1.2次元炭素の磁気抵抗を測定したところ、2次元炭素の厚みが非常に薄く、電子波が黒鉛表面において散乱されるため、結晶性から予想されるより異常に小さい値となり、この炭素が2次元状である一つの証左を与えた。
2.前年度に合成した2次元状黒鉛ーカリウム層間化合物を用いて、リチウム2次電池としての性能を検討したところ、サイクル安定性、充電濃度などに優れた性質をもっていることが分かった。
3.テニオライトという粘土を用い、ポリフルフリルアルコ-ルの鋳型炭素化を行った。これは結晶性・耐熱性がよいという特徴をもっているが、層間で生成した炭素前駆体は粘土の性質を強く反映しており、結晶性・配向性に非常に優れた黒鉛前駆体が得られた。
4.結晶性・耐熱性ともよくないサポナイトを用いて調製した炭素は予想通り結晶性が悪い。興味深いことに、この炭素は有機物を大量に取り込み、膨潤現象さえ示す特異な性質をもっている。特殊吸着剤などへの種々の応用を期待している。

研究成果

• [文献書誌] 園部 直弘、京谷 隆、富田 彰、菱山 幸宥: "モンモリロナイト層間で調製したポリアクリロニトル炭の成型物の構造に対する研究" 炭素. 141. 38-44 (1990)
• [文献書誌] N.Sonobe,T.Kyotani,A.Tomita: "Carbonization of Polyfurfuryl Alcohol and Polyvinyl Acetate between the Lamellae of Montmorillonite" Carbon. <28>___ー(4). 483-488 (1990)
• [文献書誌] N.Sonobe,T.Kyotani,A.Tomita: "Formation of Graphite Thin Film from Polyfurfuryl Alcohol and Polyvinyl Acetate Carbons Prepared between the Lamellae of Montmorillonite,"" Carbon. <29>___ー(1). 61-67 (1991)
• [文献書誌] 京谷 隆、富田 彰: "粘土層間を利用した2次元状炭素の合成(総説)" セラミックス. <26>___ー(4). (1991)
• [文献書誌] T.Kyotani,H.Yamada,N.Sonobe,A.Tomita: "Heat Treatment of Polyfurfuryl Alcohol between the Lamellae of Taeniolite"
• [文献書誌] T.Kyotani,N.Sonobe,A.Tomita: "Swelling Behavior of Polyfurfuryl Alcohol Carbon Prepared between the Lamellae of Saponite"