JP2013112542A - 層間物質挿入黒鉛及び薄片化黒鉛の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る層間物質挿入黒鉛では、グラフェン積層体のグラフェン間に層間物質が挿入されている。前記層間物質は、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸塩からなる群から選択された少なくとも1種の化合物である。本発明に係る薄片化黒鉛の製造方法は、グラフェン積層体のグラフェン間に、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸塩からなる群から選択された少なくとも1種の層間物質が挿入されている層間物質挿入黒鉛に、超音波を照射することによって前記層間物質挿入黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程を備える。
【選択図】なし
Description
本発明に係る層間物質挿入黒鉛は、グラフェン積層体のグラフェン間に層間物質が挿入されている層間物質挿入黒鉛である。本発明に係る層間物質挿入黒鉛では、上記層間物質が、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸塩からなる群から選択された少なくとも1種の化合物である。
本発明の製造方法により得られる薄片化黒鉛は、上記層間物質挿入黒鉛を剥離処理して得られる剥離後のグラフェン積層体であり、上記層間物質挿入黒鉛よりも比表面積の大きいグラフェン積層体をいう。薄片化黒鉛におけるグラフェン積層体の比表面積は、上記層間物質挿入黒鉛より大きければよいが、本発明においては、30〜2500m2/gの範囲が好ましい。
膨張黒鉛シート(東洋炭素社製「PF−100UHP」、密度1.0、厚み1.0mm)を1cm×2cmにカットすることにより、密度1.0、厚み1.0mmの膨張黒鉛シートを用意した。この膨張黒鉛シートに、図1に示したように、スリット1aの長さが1cm、幅が1cmとなるようにカッターナイフにより切削し、1本のスリット1aを形成した。スリット1aが形成された黒鉛シートに、図1に示したPtからなる電極2を挿入した。このようにして用意した黒鉛シートを作用極(陽極)として、該作用極をPtからなる対極(陰極)及び、Ag/AgClからなる参照極とともに3.0モル/L濃度(10.4重量%)のマレイン酸水溶液中に浸漬した。このとき、上記黒鉛シートの上方の対極が挿入されている部分を、上記マレイン酸水溶液中に浸漬されないように配置した。続いて、作用極を陽極とし、対極を陰極として、その間に100mAの定電流が流れるように直流電圧を1時間印加し、電気化学処理を行った。このようにして、マレイン酸水溶液中に浸漬されている上記黒鉛シートの下方部分において、上記黒鉛シートのグラフェン間にマレイン酸を挿入した。その後、マレイン酸水溶液中に浸漬していない上記黒鉛シートの上方部分から、グラフェン間にマレイン酸が挿入された上記黒鉛シートの下方部分を切り出して、層間物質挿入黒鉛を得た。
実施例1と同様にして、層間物質挿入黒鉛及び剥離により得られた薄片化黒鉛を得た。続いて、上記薄片化黒鉛を凍結した後、エバポレーターを用いて減圧しながら70℃にて2時間処理することにより、上記薄片化黒鉛の乾燥物を得た。
超音波処理を行わずに濾過したこと以外は実施例1と同様にして、層間物質挿入黒鉛および薄片化黒鉛の乾燥物を得た。
(層間物質挿入黒鉛におけるマレイン酸挿入の評価)
実施例1において得られた層間物質挿入黒鉛を用いて、以下のXRD測定、IR測定、TG/DTA測定及びSEMによる観察により、マレイン酸がグラフェン間に挿入されていることを確認した。
上記層間物質挿入黒鉛のXRDスペクトルを図3に示す。図3から明らかなように、黒鉛の002のピーク(図3の丸印)よりも低角度側であり、2θ(CuKα)が8度よりも低い位置に、2つの回折線(図3の四角印)が表われている。この2つの回折線が、グラフェン積層体のグラフェン間にマレイン酸が挿入されている層間物質挿入黒鉛のピークであると考えられる。
上記層間物質挿入黒鉛に対し、KBr錠剤法によりIR測定を行った。具体的には、KBr100mgに、上記層間物質挿入黒鉛を1重量%程度となるように混合した後、20MPaの圧力かけてペレット状に成型した。このようにしてペレット状に成型したものを測定試料として、分光光度計(PerkinElmer社製「SpecTrum−GX1」)を用いて、測定波長370〜4000cm−1の範囲においてIR測定を行った。得られたIRスペクトルを図4に示す。
上記層間物質挿入黒鉛を、空気雰囲気下で室温(22.9℃)から1000℃まで10℃/分の速度で加熱する燃焼試験を行った。この燃焼試験を行った際のTG/DTA測定結果を図5に示す。
上記層間物質挿入黒鉛のグラフェン積層面を、走査型電子顕微鏡(SEM)により6000倍に拡大して撮影し、それによって得られた写真を観察した。上記SEM写真を図6に示す。
1)SEMによる観察
実施例1により得られた薄片化黒鉛を、SEMにより5000倍に拡大して撮影し、それによって得られた写真を観察した。上記SEM写真を図7に示す。
実施例1,2及び比較例1により得られた薄片化黒鉛の比表面積を、絶対温度77Kの窒素ガスの吸脱着等温線を測定することにより求めた。結果を以下に示す。
実施例2:50m2/g
比較例1:20m2/g
1a…スリット
2…電極
6…電解質溶液
7…対極
8…参照極
Claims (11)
- グラフェン積層体のグラフェン間に層間物質が挿入されている層間物質挿入黒鉛であって、
前記層間物質が、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸塩からなる群から選択された少なくとも1種の化合物である、層間物質挿入黒鉛。 - 前記層間物質が無水マレイン酸である、請求項1に記載の層間物質挿入黒鉛。
- グラフェン積層体のグラフェン間に、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸塩からなる群から選択された少なくとも1種の層間物質が挿入されている層間物質挿入黒鉛に、超音波を照射することによって前記層間物質挿入黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程を備える、薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記超音波の周波数が20kHz〜100kHzの範囲である、請求項3に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記層間物質がマレイン酸である、請求項3または4に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 請求項3〜5のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛の製造方法であって、
前記層間物質挿入黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程の前に、黒鉛と対極とを電解質溶液中に浸漬し、黒鉛を作用極とし、前記作用極と前記対極との間に直流電圧を印加する電気化学処理を行うことにより、前記層間物質挿入黒鉛を得る工程をさらに備える、薄片化黒鉛の製造方法。 - 前記電気化学処理において、前記作用極と前記対極との間に流れる電流を直流電流とする、請求項6に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記直流電流が10〜200mAの範囲である、請求項7に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記層間物質挿入黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程の後に、剥離により得られた薄片化黒鉛を乾燥させる工程をさらに備える、請求項6〜8に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記薄片化黒鉛を乾燥させる工程において、前記薄片化黒鉛をフリーズドライ法により乾燥させる、請求項9に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
- 前記薄片化黒鉛を得る工程において、前記層間物質挿入黒鉛を疎水性分散媒に浸漬した後、前記層間物質挿入黒鉛に超音波を照射することによって前記層間物質挿入黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る、請求項3〜10に記載の薄片化黒鉛の製造方法。
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2011
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