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2016 年度 実績報告書

ポリビニルアルコールを原料とした階層的多孔構造を有するカーボン材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 26289290
研究機関京都大学

研究代表者

長嶺 信輔  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30335583)

研究分担者 引間 悠太  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50721362)
大嶋 正裕  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60185254)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードカーボン / ナノファイバー / 多孔質材料 / 静電紡糸法 / 電気二重層キャパシタ
研究実績の概要

本研究では、安価な水溶性高分子であるポリビニルアルコール(PVA)を原料とした、階層的細孔構造を有するカーボン材料のクリーンな作製法の開発を行っている。平成27年度までに、PVAと炭化促進剤であるリン酸二アンモニウム(DAP)、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の混合水溶液の静電紡糸、炭化により、DAPとSDSの熱分解により生成する塩粒子を鋳型とした100 nm径の球状の細孔を有するカーボンナノファイバーが得られることを見出した。また、このカーボンナノファイバーの電気二重層キャパシタ(EDLC)電極としての性能を評価し、ナノファイバー内部への細孔構造が、電極内の電解質の拡散に有利に働き、高速充放電時の静電容量低下を抑制できる可能性を示した。
平成28年度には、上記の炭化促進と細孔構造付与の両方の効果を期待し、リン酸系界面活性剤モノドデシルリン酸ナトリウム(SMDP)を添加したPVA水溶液からの多孔質カーボンナノファイバーの作製を試みた。PVA/SMDP水溶液を静電紡糸し、得られたナノファイバーを空気雰囲気下での熱処理により不融化した後、窒素雰囲気下で炭化し、カーボンナノファイバーを得た。SMDP濃度(2~4wt%)および炭化前の不融化温度(250~350℃)を調整することで、1000 m2/g以上の比表面積を持つ多孔質カーボンナノファイバーを作製することができた。SMDP濃度が低い、あるいは不融化温度が低いときには、PVAの不融化が十分進行していないため、ナノファイバー間に融着が見られた。また比表面積はSMDP濃度に対して単調に増加せず、3wt%で極小値を持つという結果が得られた。高SMDP濃度においてはSMDPの分解により生じた塩が細孔構造形成の鋳型として働くのに対し、低SMDP濃度では、不融化が不十分な箇所が熱分解し細孔が生じたものと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] リン酸系界面活性剤を不融化に用いたPVAからの多孔質カーボンナノファイバーの作製2017

    • 著者名/発表者名
      平井陵太,長嶺信輔
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-08
  • [学会発表] ポリビニルアルコールを原料とした多孔質カーボンの創製2016

    • 著者名/発表者名
      長嶺信輔,松本宝,大嶋正裕
    • 学会等名
      化学工学会第48回秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-08

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公開日: 2018-01-16  

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