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本研究は、表面構造や特性、細孔構造が異なる多様な炭素材料、特に細孔性炭素材料に対して、超偏極^<129>Xeをプローブとした固体NMR測定によって、提案している細孔構造モデルおよびその発達メカニズムを実験的に検証することを目的とした。
本研究によって明らかとなった主な結果を示す。
1.活性炭細孔内においては、^<129>Xeガスの超偏極状態は気相と比べてはるかに速く緩和した。そのため、細孔構造解析では超偏極^<129>Xeガスよりも、熱平衡^<129>Xeガスをプローブとして用いる方が適している。
2.シリカ系材料と同様に、細孔性炭素材料においても細孔径とNMR化学シフトとの良い相関が見られた(細孔径が小さいほど低磁場へシフト)が、その相関関係はシリカ系材料とは異なる曲線を示した。
3.賦活度の違いにより、NMRピークの広がりが変化した。
4.同じ細孔径において、円筒状細孔内に吸着した^<129>Xeガスはスリット状細孔内と比べ、より低磁場でNMRピークを示した。
5.ヘテロ元素含有表面官能基もNMR化学シフトに影響を及ぼすが、その影響は細孔径によるものと比べ一桁程度小さかった。
6.グラフェンエッヂ表面とベーサル面の差異もNMR化学シフトに影響し、その程度は表面官能基程度であった。
以上の知見によって、炭素系細孔性材料では多様な因子がピーク位置に影響を及ぼすため適応が困難であった^<129>Xe-NMR法について、個々の因子のNMRピークへの影響を定量的に見積もることが可能となった。これにより、従来の77K窒素吸着測定のみでは不充分であった細孔構造モデルおよびその発達メカニズムを多角的に評価できるようになったことは重要な成果と考える。
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