JP2012193100A - 多孔質炭素材料と製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の具体例は、多孔質炭素材料の製造方法を提供し、界面活性剤と炭素原材料を溶剤中に溶解し、有機テンプレート前駆体溶液を形成するステップと、ケイ酸塩水溶液を準備するステップと、有機テンプレート前駆体溶液を前記ケイ酸塩水溶液に注入して、界面活性剤、前記炭素原材料と酸化ケイ素テンプレートを含む中間体を凝結するステップと、中間体を加熱して、中間体を炭化するステップと、酸化ケイ素テンプレートを除去して、多孔質炭素材料を形成するステップと、からなる。本発明の別の具体例は、多孔質炭素材料を提供する。
【選択図】図1
Description
まず、2グラムのEO−POトリブロック共重合体(界面活性剤)が、水とエタノール(水とエタノールの体積比は0.5、総重量は50グラム)により形成される溶剤中に溶解され、その後、数分間攪拌する。この時、界面活性剤が溶解した溶剤は澄んでいる。
実験パラメータが以下のように調整される以外は、例1と同じ工程が繰り返される:
1.ケイ酸塩水溶液の所定pH値は約4;
2.炭素原材料、溶剤とケイ酸塩水溶液の設定温度は40℃;
3.溶剤は水とエタノールを含み、水とエタノールの体積比は1.
実験パラメータが以下のように調整される以外は、例1と同じ工程が繰り返される:
1.ケイ酸塩水溶液の所定pH値は約4;
2.炭素原材料、溶剤とケイ酸塩水溶液の設定温度は40℃;
3.溶剤は水とエタノールを含み、水とエタノールの体積比は5.
実験パラメータが以下のように調整される以外は、例1と同じ工程が繰り返される:
1.ケイ酸塩水溶液の所定pH値は約4;
2.炭素原材料、溶剤とケイ酸塩水溶液の設定温度は30℃;
3.溶剤は水とエタノールを含み、水とエタノールの体積比は1.
実験パラメータが以下のように調整される以外は、例1と同じ工程が繰り返される:
1.ケイ酸塩水溶液の所定pH値は約4;
2.炭素原材料、溶剤とケイ酸塩水溶液の設定温度は30℃;
3.溶剤は水とエタノールを含み、水とエタノールの体積比は2.
実験パラメータが以下のように調整される以外は、例1と同じ工程が繰り返される:
1.ケイ酸塩水溶液の所定pH値は約10;
2.炭素原材料、溶剤とケイ酸塩水溶液の設定温度は30℃;
3.溶剤は水.
Claims (15)
- 多孔質炭素材料の製造方法であって、
界面活性剤と炭素原材料を溶剤中に溶解して、有機テンプレート前駆体溶液を形成するステップと、
ケイ酸塩水溶液を準備するステップと、
前記有機テンプレート前駆体溶液を、前記ケイ酸塩水溶液に注入して、前記界面活性剤、前記炭素原材料と酸化ケイ素テンプレートを含む中間体を凝結するステップと、
前記中間体を加熱して、前記中間体を炭化するステップと、
前記酸化ケイ素テンプレートを除去して、多孔質炭素材料を形成するステップと、
を含むことを特徴とする多孔質炭素材料の製造方法。 - 前記溶剤は、水、アルコール、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記溶剤は、エタノール、又は、水とエタノールの組み合わせであることを特徴とする請求項2に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記ケイ酸塩水溶液は、2〜7のpHを有することを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記ケイ酸塩水溶液は、約2より低いpHを有することを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記ケイ酸塩水溶液は、約7より大きいpHを有することを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記溶剤は水で、前記有機テンプレート前駆体溶液は酸性で、前記ケイ酸塩水溶液は塩基性で、前記有機テンプレート前駆体溶液を、前記ケイ酸塩水溶液に注入して、前記中間体を凝結する前記ステップは、
前記酸性有機テンプレート前駆体溶液を、前記塩基性ケイ酸塩水溶液に注入して、混合溶液を形成するステップと、
前記混合溶液の前記pHを、約10に調整するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。 - 前記ケイ酸塩水溶液を準備する前記ステップは、
ケイ酸塩を水に溶解して、前記ケイ酸塩水溶液を形成するステップと、
前記ケイ酸塩水溶液のpHを所定pHに調整するステップと、
前記ケイ酸塩水溶液の温度を、1℃〜99℃の設定温度に調整するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。 - 前記界面活性剤は、ゼラチン、EO−POトリブロック共重合体、ポリエチレングリコール、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記炭素原材料は、フェノール樹脂、架橋と非架橋ポリアクリロニトリル共重合体、スルホン酸化した架橋ポリスチレン共重合体、改良型架橋ポリスチレン共重合体、架橋スクロース、ポリ(フルフリルアルコール)、ポリ塩化ビニル、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記加熱は、前記中間体を、750℃−850℃の温度下で、1時間−3時間加熱するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
- 前記酸化ケイ素テンプレートを除去する前記ステップは、
強酸溶液、又は、強い塩基液により、前記酸化ケイ素テンプレートを除去するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔質炭素材料の製造方法。 - 多孔質炭素材料であって、
複数のマクロ孔、複数のメソ細孔と複数の微小孔を有する多孔質炭素構造からなり、前記の各マクロ孔は50ナノメートルより大きい直径を有し、前記の各メソ細孔は2ナノメートル〜50ナノメートルの直径を有し、前記の各微小孔は2ナノメートルより小さい直径を有し、前記多孔質炭素構造の比表面積は、グラム当たり、約700〜3000平方メートルで、
前記多孔質炭素構造の前記総比表面積に基づいて、前記マクロ孔の比表面積の分布比例は10−35%、前記メソ細孔の前記比表面積の分布比例は25−40%、前記微小孔の前記比表面積の分布比例は30−60%であることを特徴とする多孔質炭素材料。 - 前記多孔質炭素構造の前記比表面積は、グラム当たり、約1200〜2500平方メートルであることを特徴とする請求項13に記載の多孔質炭素材料。
- 前記多孔質炭素構造の前記総比表面積に基づいて、前記マクロ孔の比表面積の分布比例は15−29%、前記メソ細孔の前記比表面積の分布比例は30−36%、前記微小孔の前記比表面積の分布比例は37−54%であることを特徴とする請求項14に記載の多孔質炭素材料。
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