JP2016124769A - Nitrogen-containing porous carbon and catalyst - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitrogen-containing porous carbon which can balance high catalytic activity and life extension when used as a carrier of a catalyst.SOLUTION: A nitrogen-containing porous carbon that total specific surface area of pores which pore size is 5-260 nm is more than 100 m/g, a content of carbon atom is more than 80 mass%, and an atom ratio of nitrogen atom and carbon atom (N/C) is 0.005-0.18.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、例えば固体高分子型燃料電池の電極に含有される触媒、および該触媒に用いる担体として有用な窒素含有多孔質炭素に関する。   The present invention relates to a catalyst contained in, for example, an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, and nitrogen-containing porous carbon useful as a support used in the catalyst.

近年、地球温暖化や環境汚染の問題を解決するため、二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源の一つとして固体高分子型燃料電池が注目されている。固体高分子型燃料電池は、2つの電極(水素等の燃料を供給する燃料極(負極)および酸素を供給する酸素極(正極))と、これに挟持された高分子電解質膜とを備える。燃料として水素を用いる固体高分子型燃料電池では、負極においては、供給された水素がプロトンと電子に分解され、プロトンは高分子電解質膜を通過して正極へ移動し、電子は導線を通過して正極に移動する。また正極においては、負極から移動してきたプロトンおよび電子と、供給された酸素とが反応して水を発生する。   In recent years, solid polymer fuel cells have attracted attention as one of clean energy sources that do not generate carbon dioxide in order to solve the problems of global warming and environmental pollution. The polymer electrolyte fuel cell includes two electrodes (a fuel electrode (negative electrode) that supplies fuel such as hydrogen and an oxygen electrode (positive electrode) that supplies oxygen), and a polymer electrolyte membrane sandwiched between the electrodes. In a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel, in the negative electrode, the supplied hydrogen is decomposed into protons and electrons, the protons pass through the polymer electrolyte membrane and move to the positive electrode, and the electrons pass through the conductor. Move to the positive electrode. In the positive electrode, protons and electrons moving from the negative electrode react with the supplied oxygen to generate water.

固体高分子型燃料電池に用いられる電極は、通常、白金などの金属(以下「触媒金属」と称する)をカーボンブラックなどの担体に担持した触媒を、高分子電解質からなるバインダーで被覆してなる。上述した正極へ移動したプロトンは、バインダーを経由して、触媒金属の表面に移動する。一方、正極に移動した電子は担体を経由して、触媒金属の表面に移動する。さらに酸素がバインダー、担体および触媒金属が接触する界面(三相界面)に供給されることで触媒反応が進行する。かかる電極に用いる触媒において、高価な触媒金属の使用量を削減するため、触媒活性を更に高めることが望まれている。   An electrode used in a polymer electrolyte fuel cell is usually formed by coating a catalyst in which a metal such as platinum (hereinafter referred to as “catalytic metal”) is supported on a carrier such as carbon black with a binder made of a polymer electrolyte. . The protons that have moved to the positive electrode described above move to the surface of the catalyst metal via the binder. On the other hand, the electrons that have moved to the positive electrode move to the surface of the catalytic metal via the carrier. Furthermore, the catalytic reaction proceeds by supplying oxygen to the interface (three-phase interface) where the binder, the carrier and the catalytic metal come into contact. In the catalyst used for such an electrode, it is desired to further increase the catalytic activity in order to reduce the amount of expensive catalytic metal used.

触媒活性を高める方法として、小粒径の触媒金属を担体に担持させる方法が知られている。この方法では、担体に担持する際に触媒金属が凝集して粒径が拡大することを抑制するために、担体として(例えば平均細孔径2nm以下の)微細孔を有するカーボンブラックを用いる。しかしながらかかる方法では、触媒をバインダーで均一に被覆するのが困難であり、三相界面が形成できない箇所が生じるため、触媒活性を十分高めることができないことが指摘されている(非特許文献1)。   As a method for enhancing the catalytic activity, a method of supporting a catalyst metal having a small particle diameter on a carrier is known. In this method, carbon black having fine pores (for example, an average pore diameter of 2 nm or less) is used as a support in order to prevent the catalyst metal from agglomerating and expanding the particle size when supported on the support. However, in such a method, it is difficult to uniformly coat the catalyst with a binder, and there are places where a three-phase interface cannot be formed, and it has been pointed out that the catalytic activity cannot be sufficiently increased (Non-patent Document 1). .

また触媒の別の課題として、長寿命化が挙げられる。固体高分子型燃料電池の起動と停止に伴う触媒金属の凝集によって、触媒活性が低下することが知られている。非特許文献2には、窒素ドープされた炭素コーティングを有するカーボンナノチューブ(N−CNT)を担体とする触媒では、白金の凝集を抑制できることが報告されている。該N−CNTが白金の凝集を抑える仮説として、非特許文献2の第1頁右欄第1〜6行には、窒素原子のようなヘテロ原子が炭素材料表面への白金の吸着を強めることが記載されている。このことから非特許文献2に記載の手法で得られる触媒は、長寿命化に寄与するものと考えられるが、高い触媒活性を実現することは困難であった。   Another problem with the catalyst is extending its life. It is known that the catalytic activity decreases due to the aggregation of the catalytic metal accompanying the starting and stopping of the polymer electrolyte fuel cell. Non-patent document 2 reports that platinum aggregation can be suppressed in a catalyst using a carbon nanotube (N-CNT) having a nitrogen-doped carbon coating as a carrier. As a hypothesis that the N-CNT suppresses the aggregation of platinum, in Non-Patent Document 2, page 1, right column, lines 1 to 6, hetero atoms such as nitrogen atoms enhance the adsorption of platinum on the carbon material surface. Is described. From this, it is considered that the catalyst obtained by the method described in Non-Patent Document 2 contributes to extending the life, but it has been difficult to achieve high catalytic activity.

粉砕誌 No.56 2013, pp. 3-11(ホソカワミクロン株式会社発行)Crushing magazine No.56 2013, pp. 3-11 (published by Hosokawa Micron Corporation) Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14, pp. 6444-6447Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14, pp. 6444-6447

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、触媒(特に、固体高分子型燃料電池の電極で用いられる触媒)の担体として用いた場合に、高い触媒活性と長寿命化を両立できる窒素含有多孔質炭素を提供することを目的とする。また、本発明は、高い触媒活性と長寿命化を両立できる触媒を提供することも目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has high catalytic activity and long life when used as a support for a catalyst (particularly, a catalyst used in an electrode of a solid polymer fuel cell). An object of the present invention is to provide a nitrogen-containing porous carbon that can be made compatible. Another object of the present invention is to provide a catalyst that can achieve both high catalytic activity and long life.

前記目的を達成するために、本発明は、
[1]細孔径5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が100m/g以上であり、炭素原子の含有量が80質量%以上であり、窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)が0.005〜0.18である、窒素含有多孔質炭素;
[2]水素原子と炭素原子との原子比(H/C)が0.1以下である、前記[1]の窒素含有多孔質炭素;
[3]前記[1]または[2]の窒素含有多孔質炭素に触媒金属を担持してなる触媒;および
[4]触媒金属が白金族元素である、前記[3]の触媒;
を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
[1] The total specific surface area of pores having a pore diameter in the range of 5 to 260 nm is 100 m 2 / g or more, the carbon atom content is 80 mass% or more, and the atomic ratio of nitrogen atoms to carbon atoms ( N / C) nitrogen-containing porous carbon having 0.005 to 0.18;
[2] The nitrogen-containing porous carbon of [1], wherein the atomic ratio (H / C) of hydrogen atoms to carbon atoms is 0.1 or less;
[3] A catalyst obtained by supporting a catalyst metal on the nitrogen-containing porous carbon of [1] or [2]; and [4] The catalyst of [3], wherein the catalyst metal is a platinum group element;
I will provide a.

本発明の窒素含有多孔質炭素を固体高分子型燃料電池の電極に含有される触媒の担体として用いると、高い触媒活性と長寿命化を両立できる。   When the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is used as a carrier for a catalyst contained in an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, both high catalyst activity and long life can be achieved.

実施例1で得られた窒素含有多孔質炭素の細孔分布曲線である。2 is a pore distribution curve of nitrogen-containing porous carbon obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた窒素含有多孔質炭素の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of nitrogen-containing porous carbon obtained in Example 1. FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。
(窒素含有多孔質炭素)
本発明の窒素含有多孔質炭素は、細孔径5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が100m/g以上であり、200m/g以上であることが好ましい。該比表面積の上限には特に限定はないが、1000m/g以下であることが好ましく、800m/g以下であることがより好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(Nitrogen-containing porous carbon)
The nitrogen-containing porous carbon of the present invention has a total specific surface area of pores having a pore diameter in the range of 5 to 260 nm of 100 m 2 / g or more, preferably 200 m 2 / g or more. The ratio is not particularly limited to the upper limit of the surface area, but preferably at 1000 m 2 / g or less, more preferably 800 m 2 / g or less.

本発明の窒素含有多孔質炭素において、細孔径5nm未満の細孔はバインダーで均一に被覆するのが困難なことから、触媒金属の表面へのプロトンの供給効率が低下し、触媒活性が低下する傾向となる。また細孔径260nm超の細孔は、細孔内に触媒金属を担持する際に凝集が発生し易くなるので、触媒活性が低下する傾向となる。かかる観点から細孔分布曲線(微分細孔容積分布曲線)における最大の高さを示すピーク(最大ピーク)は、5〜260nmの範囲にあることが好ましく、かつかかる最大ピークの高さ(最大強度)が他の全てのピークの高さに対して1.3倍以上であることがより好ましく、1.5倍以上であることがさらに好ましい。
また、触媒金属の担持密度の偏りに起因する触媒金属の凝集を抑制する上で細孔分布が均一であることが好ましく、かかる観点から上記最大ピークの半値幅が30nm以下であることがより好ましく、20nm以下であることがさらに好ましい。なお、半値幅は細孔分布曲線の最大ピークにおいて、最大強度の半分の高さを示す2点における細孔径の差によって算出できる。
In the nitrogen-containing porous carbon of the present invention, since pores having a pore diameter of less than 5 nm are difficult to uniformly coat with a binder, the efficiency of supplying protons to the surface of the catalytic metal is lowered, and the catalytic activity is lowered. It becomes a trend. In addition, pores having a pore diameter of more than 260 nm tend to agglomerate when a catalytic metal is supported in the pores, so that the catalytic activity tends to decrease. From such a viewpoint, the peak (maximum peak) indicating the maximum height in the pore distribution curve (differential pore volume distribution curve) is preferably in the range of 5 to 260 nm, and the height of the maximum peak (maximum intensity). ) Is more preferably 1.3 times or more, and even more preferably 1.5 times or more of the height of all other peaks.
In addition, it is preferable that the pore distribution is uniform in order to suppress the aggregation of the catalyst metal due to the uneven loading of the catalyst metal, and from this viewpoint, the half-width of the maximum peak is more preferably 30 nm or less. More preferably, it is 20 nm or less. The half-value width can be calculated from the difference in pore diameter at two points indicating the height of half of the maximum intensity at the maximum peak of the pore distribution curve.

細孔分布曲線は、測定対象の窒素含有多孔質炭素を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスによって徐々に加圧し、定容量法により窒素ガスの平衡圧力に対する窒素ガスの吸着量をプロットして得られる窒素吸着等温線から、BJH法により作成できる。また、窒素含有多孔質炭素の細孔径が5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積もBJH法から算出される。BJH法とは、他の細孔と連結していない円筒形の細孔をモデルとして計算したもので、窒素ガスの毛管凝縮と多分子層吸着から細孔分布を求める方法である。その詳細は、「島津評論」(第48巻、第1号、第35〜44頁、1991年発行)に記載されている。   The pore distribution curve indicates that the nitrogen-containing porous carbon to be measured is cooled to liquid nitrogen temperature (−196 ° C.), gradually pressurized with nitrogen gas, and the adsorption amount of nitrogen gas with respect to the equilibrium pressure of nitrogen gas by the constant volume method. Can be created by the BJH method from the nitrogen adsorption isotherm obtained by plotting. Further, the total specific surface area of the pores in which the pore diameter of the nitrogen-containing porous carbon is in the range of 5 to 260 nm is also calculated from the BJH method. The BJH method is calculated by using cylindrical pores that are not connected to other pores as a model, and is a method for obtaining pore distribution from capillary condensation of nitrogen gas and multi-layer adsorption. The details are described in “Shimadzu review” (Vol. 48, No. 1, pp. 35-44, published in 1991).

本発明の窒素含有多孔質炭素における炭素原子の含有量は、80質量%以上であることが好ましく、82質量%以上であることがより好ましい。炭素原子の含有量が80質量%以上であることで、窒素含有多孔質炭素の導電性が高まる。導電性が高い本発明の窒素含有多孔質炭素を担体として使用することによって、担体を移動する電子の移動が良好になり、触媒活性が高められる。また、触媒金属の凝集を抑制するための窒素原子の含有量を確保する観点から、炭素原子の含有量が、99.4質量%以下であることが好ましく、99質量%以下であることがより好ましい。   The content of carbon atoms in the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is preferably 80% by mass or more, and more preferably 82% by mass or more. When the carbon atom content is 80 mass% or more, the conductivity of the nitrogen-containing porous carbon is increased. By using the nitrogen-containing porous carbon of the present invention having high conductivity as a carrier, the movement of electrons moving through the carrier is improved and the catalytic activity is enhanced. Further, from the viewpoint of securing the content of nitrogen atoms for suppressing the aggregation of the catalyst metal, the content of carbon atoms is preferably 99.4% by mass or less, more preferably 99% by mass or less. preferable.

本発明の窒素含有多孔質炭素における窒素原子の含有量は、0.6質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。窒素原子の含有量が0.6質量%以上であることで、触媒金属の凝集を有効に抑制することができる。また、窒素含有多孔質炭素の導電性を向上させる炭素原子の含有量を確保する観点から、窒素原子の含有量が、17質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。   The nitrogen atom content in the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is preferably 0.6% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more. Aggregation of the catalyst metal can be effectively suppressed when the nitrogen atom content is 0.6% by mass or more. Further, from the viewpoint of securing the carbon atom content that improves the conductivity of the nitrogen-containing porous carbon, the nitrogen atom content is preferably 17% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. preferable.

本発明の窒素含有多孔質炭素は、炭素骨格中に窒素原子が導入されている。該窒素含有多孔質炭素における窒素原子と炭素原子の原子比(N/C(すなわち窒素原子の数/炭素原子の数))は、0.005〜0.18であり、0.01〜0.10であることが好ましい。(N/C)が0.005以上であることで、窒素原子が炭素表面への触媒金属の吸着を強め、触媒金属の凝集を抑制できる。一方、(N/C)が0.18以下であることで、担体の導電性が高まり、担体を移動する電子の移動が良好になり、触媒活性が高められる。   In the nitrogen-containing porous carbon of the present invention, nitrogen atoms are introduced into the carbon skeleton. The atomic ratio of nitrogen atoms to carbon atoms (N / C (that is, the number of nitrogen atoms / the number of carbon atoms)) in the nitrogen-containing porous carbon is 0.005 to 0.18, and 0.01 to 0.00. 10 is preferable. When (N / C) is 0.005 or more, the nitrogen atoms can enhance the adsorption of the catalytic metal to the carbon surface and suppress the aggregation of the catalytic metal. On the other hand, when (N / C) is 0.18 or less, the conductivity of the carrier is increased, the movement of electrons moving through the carrier is improved, and the catalytic activity is enhanced.

本発明の窒素含有多孔質炭素における水素原子と炭素原子との原子比(H/C(すなわち水素原子の数/炭素原子の数))は、有機化合物を加熱して炭素材を得る場合の炭素化度の指標である。かかる(H/C)は0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。(H/C)が0.1以下であることで、担体の導電性が高まり、担体を移動する電子の移動が良好になることで、触媒活性を高められる。(H/C)は少ないほど好ましく、その下限に特に限定はない。   The atomic ratio of hydrogen atoms to carbon atoms (H / C (that is, the number of hydrogen atoms / number of carbon atoms)) in the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is the carbon in the case where a carbon material is obtained by heating an organic compound. It is an index of conversion. Such (H / C) is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less. When (H / C) is 0.1 or less, the conductivity of the carrier is increased, and the movement of electrons moving through the carrier is improved, so that the catalytic activity can be enhanced. (H / C) is preferably as small as possible, and the lower limit is not particularly limited.

上記した炭素原子および窒素原子の含有量、並びに(N/C)および(H/C)は、CHN元素分析によって求めることができる。   The above-described carbon atom and nitrogen atom contents, and (N / C) and (H / C) can be determined by CHN elemental analysis.

本発明の窒素含有多孔質炭素の好ましい製造方法について以下に説明する。但し、本発明の窒素含有多孔質炭素の製造方法は、以下の方法に限定されない。   A preferred method for producing the nitrogen-containing porous carbon of the present invention will be described below. However, the method for producing the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is not limited to the following method.

窒素含有多孔質炭素の好ましい製造方法は、
芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を有し、且つヒドロキシ基、酸性基および塩基性基からなる群より選ばれる極性基を有する極性ブロック(S)と、不飽和脂肪族炭化水素に由来する構造単位を有し、且つ非晶性である非極性ブロック(T)とを有するブロック共重合体(Z)および下記式(1)で示されるN−メチロール化合物を含有する水分散液中で、前記N−メチロール化合物を重合し、混合物を得る第1工程、
得られた混合物から水を除去して重合体組成物を得る第2工程、並びに
得られた重合体組成物を加熱する第3工程を含む。
A preferred method for producing nitrogen-containing porous carbon is:
A polar block (S) having a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a polar group selected from the group consisting of a hydroxy group, an acidic group and a basic group, and a structure derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon In an aqueous dispersion containing a block copolymer (Z) having a non-polar block (T) having units and an N-methylol compound represented by the following formula (1): A first step of polymerizing an N-methylol compound to obtain a mixture;
A second step of removing water from the obtained mixture to obtain a polymer composition and a third step of heating the obtained polymer composition are included.

(式中、Xは水素原子、炭化水素基または−NRで示されるアミノ基を表し、R〜Rは、互いに独立して、水素原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基またはアルコキシアルキル基を表す。) (In the formula, X represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an amino group represented by —NR 4 R 5 , and R 1 to R 5 are independently of each other a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyalkyl group or an alkoxyalkyl group. Represents a group.)

なお、以下では式(1)で示されるN−メチロール化合物を、単に「N−メチロール化合物(1)」と称する。また、ヒドロキシ基、酸性基および塩基性基からなる群より選ばれる極性基を単に「極性基」と称する。また、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を有し、且つ極性基を有する極性ブロック(S)を単に「極性ブロック(S)」と、不飽和脂肪族炭化水素に由来する構造単位を有し、且つ非晶性である非極性ブロック(T)を単に「非極性ブロック(T)」と称する。また、極性ブロック(S)と非極性ブロック(T)とを有するブロック共重合体(Z)を単に「ブロック共重合体(Z)」と称する。   Hereinafter, the N-methylol compound represented by the formula (1) is simply referred to as “N-methylol compound (1)”. In addition, a polar group selected from the group consisting of a hydroxy group, an acidic group and a basic group is simply referred to as “polar group”. Moreover, it has a structural unit derived from an aromatic vinyl compound, and a polar block (S) having a polar group is simply a “polar block (S)” and a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon. The nonpolar block (T) which is amorphous and is simply referred to as “nonpolar block (T)”. Further, the block copolymer (Z) having the polar block (S) and the nonpolar block (T) is simply referred to as “block copolymer (Z)”.

以下、上記製造方法について詳細に説明する。
[第1工程]
第1工程は、ブロック共重合体(Z)およびN−メチロール化合物(1)を含有する水分散液中で、該水分散液に含有されるN−メチロール化合物(1)を重合し、N−メチロール化合物(1)の重合体、ブロック共重合体(Z)および水を含有する混合物を得る工程である。ここで水分散液とは水を分散媒とする分散液を意味する。
Hereafter, the said manufacturing method is demonstrated in detail.
[First step]
In the first step, the N-methylol compound (1) contained in the aqueous dispersion is polymerized in an aqueous dispersion containing the block copolymer (Z) and the N-methylol compound (1). This is a step of obtaining a mixture containing a polymer of the methylol compound (1), the block copolymer (Z) and water. Here, the aqueous dispersion means a dispersion using water as a dispersion medium.

<ブロック共重合体(Z)>
ブロック共重合体(Z)は、極性ブロック(S)と非極性ブロック(T)とを、それぞれ1個以上有する。ブロック共重合体(Z)が複数の極性ブロック(S)を有する場合、それらの構造(例えば構造単位の種類、重合度、極性基の種類や導入割合など)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。また、ブロック共重合体(Z)が複数の非極性ブロック(T)を有する場合、それらの構造(例えば構造単位の種類、重合度など)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
<Block copolymer (Z)>
The block copolymer (Z) has one or more polar blocks (S) and nonpolar blocks (T). When the block copolymer (Z) has a plurality of polar blocks (S), their structures (for example, the types of structural units, the degree of polymerization, the types of polar groups, the introduction ratio, etc.) may be the same as each other. , May be different. When the block copolymer (Z) has a plurality of nonpolar blocks (T), their structures (for example, the types of structural units, the degree of polymerization, etc.) may be the same or different from each other. Good.

ブロック共重合体(Z)としては、例えばS−T型ジブロック共重合体、S−T−S型トリブロック共重合体、T−S−T型トリブロック共重合体およびこれらの混合物(例えばS−T−S型トリブロック共重合体とS−T型ジブロック共重合体との混合物)などが挙げられる(前記SおよびTは、それぞれ極性ブロック(S)および非極性ブロック(T)を表す)。ブロック共重合体(Z)は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of the block copolymer (Z) include an ST diblock copolymer, an STS type triblock copolymer, a TST type triblock copolymer, and a mixture thereof (for example, S-T-S type triblock copolymer and S-T type diblock copolymer mixture) and the like (the S and T are the polar block (S) and nonpolar block (T), respectively). Represent). A block copolymer (Z) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

ブロック共重合体(Z)は、上記水分散液中で極性ブロック(S)を外側にし、非極性ブロック(T)を内側にしたミセル(以下「ミセル」と称する)を形成すると考えられる。   The block copolymer (Z) is considered to form micelles (hereinafter referred to as “micelles”) with the polar block (S) on the outside and the nonpolar block (T) on the inside in the aqueous dispersion.

極性ブロック(S)はヒドロキシ基、酸性基(例えばスルホ基、ホスホン酸基(−P(O)(OH))、カルボキシ基など)および塩基性基(例えばアミノ基など)からなる群より選ばれる極性基を有する。該極性基としては酸性基が好ましく、スルホ基がより好ましい。なお、酸性基および塩基性基はいずれも塩の形態として存在していてもよい。 The polar block (S) is selected from the group consisting of a hydroxy group, an acidic group (for example, a sulfo group, a phosphonic acid group (—P (O) (OH) 2 ), a carboxy group, etc.) and a basic group (for example, an amino group). Having polar groups. The polar group is preferably an acidic group, and more preferably a sulfo group. Both acidic groups and basic groups may exist as salt forms.

ブロック共重合体(Z)1gあたりの極性基の含有量は、ミセルの安定性の観点から0.2〜3mmol/gが好ましく、0.5〜2mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい。   The content of the polar group per 1 g of the block copolymer (Z) is preferably 0.2 to 3 mmol / g, more preferably 0.5 to 2 mmol / g, and more preferably 0.7 to 1 from the viewpoint of micelle stability. More preferably, it is 0.5 mmol / g.

極性基がヒドロキシ基である場合、該極性基の含有量はH−NMR測定によって算出できる。H−NMR測定は、必要に応じてヒドロキシ基に保護基(例えばトリメチルシリル基)を導入したのちに行ってもよい。 When the polar group is a hydroxy group, the content of the polar group can be calculated by 1 H-NMR measurement. 1 H-NMR measurement may be performed after a protective group (for example, a trimethylsilyl group) is introduced into the hydroxy group as necessary.

極性基が酸性基または塩基性基である場合、該極性基の含有量は中和滴定により算出できる。なお、塩の形態の酸性基または塩基性基である場合の極性基の含有量は、極性基を遊離形態の酸性基または塩基性基に変換した後に中和滴定することによって算出できる。   When the polar group is an acidic group or a basic group, the content of the polar group can be calculated by neutralization titration. The content of a polar group in the case of an acidic group or basic group in the form of a salt can be calculated by neutralizing titration after converting the polar group into an acidic group or basic group in a free form.

ブロック共重合体(Z)は、例えば芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を有し、且つ極性基を有さないブロック(S)(以下「ブロック(S)」と称する)および非極性ブロック(T)を有するブロック共重合体(Z)(以下「ブロック共重合体(Z)」と称する)を製造し、次いで得られたブロック共重合体(Z)のブロック(S)に公知の方法によって極性基を導入することによって製造できる。 The block copolymer (Z) has a structural unit derived from, for example, an aromatic vinyl compound and has no polar group (S 0 ) (hereinafter referred to as “block (S 0 )”) and nonpolar A block copolymer (Z 0 ) having a block (T) (hereinafter referred to as “block copolymer (Z 0 )”) is produced, and then the block (S 0 ) of the obtained block copolymer (Z 0 ) ) By introducing a polar group by a known method.

ブロック共重合体(Z)の数平均分子量(Mn)は5,000〜200,000が好ましく、30,000〜150,000がより好ましく、50,000〜130,000がさらに好ましい。Mnが5,000〜200,000であるブロック共重合体(Z)から得られるブロック共重合体(Z)を使用することによって、窒素含有多孔質炭素の製造において5〜260nmの細孔径を有する窒素含有多孔質炭素を製造しやすくなる。なお、本明細書においてMnはゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法(標準ポリスチレン換算)により測定される値である。 The number average molecular weight (Mn) of the block copolymer (Z 0 ) is preferably from 5,000 to 200,000, more preferably from 30,000 to 150,000, and even more preferably from 50,000 to 130,000. By using a block copolymer (Z) obtained from a block copolymer (Z 0 ) having an Mn of 5,000 to 200,000, a pore diameter of 5 to 260 nm can be obtained in the production of nitrogen-containing porous carbon. It becomes easy to manufacture the nitrogen-containing porous carbon which has. In the present specification, Mn is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) method (standard polystyrene conversion).

ブロック共重合体(Z)におけるブロック(S)の含有量は10〜80質量%の範囲であることが好ましく、細孔分布が均一な窒素含有多孔質炭素を得る観点から20〜70質量%の範囲であることがより好ましい。また、ブロック共重合体(Z)における非極性ブロック(T)の含有量は20〜90質量%の範囲であることが好ましく、細孔径のバラつきが小さい窒素含有多孔質炭素を得る観点から30〜80質量%の範囲であることがより好ましい。なお、これら含有量はH−NMRで観測されるブロック(S)および非極性ブロック(T)の積分値を元に定められる。 The content of the block copolymer block in (Z 0) (S 0) is preferably in the range of 10 to 80 wt%, 20 to 70 mass from the viewpoint of pore distribution obtain a uniform nitrogen-containing porous carbon % Is more preferable. In addition, the content of the nonpolar block (T) in the block copolymer (Z 0 ) is preferably in the range of 20 to 90% by mass, from the viewpoint of obtaining nitrogen-containing porous carbon having a small variation in pore diameter. More preferably, it is in the range of ˜80 mass%. These contents are determined based on the integrated values of the block (S 0 ) and nonpolar block (T) observed by 1 H-NMR.

ブロック(S)は芳香族ビニル化合物を単量体として重合することで形成できる。かかる芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、ビニルビフェニル、ビニルターフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、4−フェノキシスチレンなどが挙げられる。これら芳香族ビニル化合物は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The block (S 0 ) can be formed by polymerizing an aromatic vinyl compound as a monomer. Examples of the aromatic vinyl compound include styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2,5-dimethylstyrene, 3,5-dimethyl. Examples thereof include styrene, 2-methoxystyrene, 3-methoxystyrene, 4-methoxystyrene, vinyl biphenyl, vinyl terphenyl, vinyl naphthalene, vinyl anthracene, and 4-phenoxy styrene. These aromatic vinyl compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、上記の芳香族ビニル化合物のビニル基上の水素原子のうち、芳香環のα−位の炭素(α−炭素)に結合した水素原子が他の置換基によって置換されていてもよい。かかる置換基としては、例えば炭素数1〜4のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基など)、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基(例えばクロロメチル基、2−クロロエチル基、3−クロロエチル基など)、アリール基(例えばフェニル基など)などを挙げることができる。置換されたビニル基を有する芳香族ビニル化合物としては、例えばα−メチルスチレン、α−メチル−4−メチルスチレン、α−メチル−4−エチルスチレン、1,1−ジフェニルエチレンなどが挙げられる。   Of the hydrogen atoms on the vinyl group of the aromatic vinyl compound, the hydrogen atom bonded to the α-position carbon (α-carbon) of the aromatic ring may be substituted with another substituent. Examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, etc.). And a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (for example, a chloromethyl group, a 2-chloroethyl group, a 3-chloroethyl group) and an aryl group (for example, a phenyl group). Examples of the aromatic vinyl compound having a substituted vinyl group include α-methylstyrene, α-methyl-4-methylstyrene, α-methyl-4-ethylstyrene, 1,1-diphenylethylene, and the like.

かかる芳香族ビニル化合物のうち極性基(特にスルホ基)導入の容易さの観点から、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、ビニルビフェニル、ビニルターフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、4−フェノキシスチレン、α−メチルスチレン、α−メチル−4−メチルスチレン、α−メチル−4−エチルスチレンおよび1,1−ジフェニルエチレンが好ましく、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、ビニルビフェニルおよびα−メチルスチレンがより好ましく、スチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、ビニルビフェニルおよびα−メチルスチレンがさらに好ましく、スチレンおよびα−メチルスチレンが特に好ましい。   Among these aromatic vinyl compounds, styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene are used from the viewpoint of easy introduction of polar groups (especially sulfo groups). 2,5-dimethylstyrene, 3,5-dimethylstyrene, 2-methoxystyrene, 3-methoxystyrene, 4-methoxystyrene, vinylbiphenyl, vinylterphenyl, vinylnaphthalene, vinylanthracene, 4-phenoxystyrene, α- Methyl styrene, α-methyl-4-methyl styrene, α-methyl-4-ethyl styrene and 1,1-diphenylethylene are preferred, and styrene, 2-methyl styrene, 3-methyl styrene, 4-methyl styrene, 4-ethyl Styrene, 2,4-dimethylstyrene, 2,5-dimethyl Tylene, 3,5-dimethylstyrene, vinylbiphenyl and α-methylstyrene are more preferred, styrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, vinylbiphenyl and α-methylstyrene are more preferred, and styrene and α-methylstyrene are preferred. Particularly preferred.

ブロック(S)およびこれから誘導される極性ブロック(S)は、本発明の効果を損なわない範囲で芳香族ビニル化合物以外の単量体(以下「他の単量体(a)」と称する)に由来する構造単位を含んでいてもよい。他の単量体(a)としては、例えば炭素数4〜8の共役ジエン(例えばブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエンなど)、炭素数2〜8のアルケン(例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテンなど)、(メタ)アクリル酸エステル(例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチルなど)、ビニルエステル(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなど)、ビニルエーテル(例えばメチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルなど)などが挙げられる。他の単量体(a)は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The block (S 0 ) and the polar block (S) derived therefrom are monomers other than the aromatic vinyl compound (hereinafter referred to as “other monomers (a)”) as long as the effects of the present invention are not impaired. The structural unit derived from may be included. Examples of the other monomer (a) include conjugated dienes having 4 to 8 carbon atoms (for example, butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl- 1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, etc.), alkenes having 2 to 8 carbon atoms (for example, ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene) 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene, etc.), (meth) acrylic acid esters (for example, methyl (meth) acrylate, (meth) acrylic) Ethyl acetate, butyl (meth) acrylate, etc.), vinyl esters (eg vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, etc.) Vinyl ether (e.g. methyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether) and the like. As the other monomer (a), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

ブロック(S)中の他の単量体(a)に由来する構造単位の含有量は10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、他の単量体(a)に由来する構造単位が含まれないことが最も好ましい。また、ブロック(S)中の芳香族ビニル化合物に由来する構造単位の含有量は90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが最も好ましい。 The content of the structural unit derived from the other monomer (a) in the block (S 0 ) is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. Most preferably, the structural unit derived from (a) is not included. Further, the content of the structural unit derived from the aromatic vinyl compound in the block (S 0 ) is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and 100% by mass. Most preferred.

ブロック(S)一つあたりのMnは1,000〜80,000が好ましく、3,000〜70,000がより好ましく、5,000〜50,000がさらに好ましい。ブロック(S)一つあたりのMnが1,000〜80,000であるブロック共重合体(Z)から得られるブロック共重合体(Z)を使用することによって、細孔の均一性が高い窒素含有多孔質炭素を製造することができる。 The Mn per block (S 0 ) is preferably from 1,000 to 80,000, more preferably from 3,000 to 70,000, and even more preferably from 5,000 to 50,000. By using the block copolymer (Z) obtained from the block copolymer (Z 0 ) having an Mn per block (S 0 ) of 1,000 to 80,000, the uniformity of the pores is improved. High nitrogen-containing porous carbon can be produced.

非極性ブロック(T)は不飽和脂肪族炭化水素に由来する構造単位を有し、且つ非晶性であるブロックである。非極性ブロック(T)が非晶性であることは、ブロック共重合体(Z)の動的粘弾性を測定して、結晶性オレフィン重合体に由来する貯蔵弾性率の変化がないことによって確認できる。   The nonpolar block (T) is a block that has a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon and is amorphous. It is confirmed that the nonpolar block (T) is amorphous by measuring the dynamic viscoelasticity of the block copolymer (Z) and not having a change in the storage elastic modulus derived from the crystalline olefin polymer. it can.

非極性ブロック(T)は不飽和脂肪族炭化水素を単量体として重合することで形成できる。不飽和脂肪族炭化水素としては、例えば炭素数2〜8のオレフィン(例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテンなど)、炭素数4〜8の共役ジエン(例えばブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエンなど)などが挙げられる。これら不飽和脂肪族炭化水素は1種を単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。不飽和脂肪族炭化水素として共役ジエンを使用する場合、重合(結合)の様式は1,2−結合であっても、1,4−結合であっても、これらが混ざっていてもよい。   The nonpolar block (T) can be formed by polymerizing an unsaturated aliphatic hydrocarbon as a monomer. Examples of the unsaturated aliphatic hydrocarbon include olefins having 2 to 8 carbon atoms (for example, ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1 -Heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene, etc.), conjugated dienes having 4 to 8 carbon atoms (for example, butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2 , 3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, etc.). These unsaturated aliphatic hydrocarbons may be used alone or in combination of two or more. When a conjugated diene is used as the unsaturated aliphatic hydrocarbon, the polymerization (bonding) may be a 1,2-bond, a 1,4-bond, or a mixture thereof.

かかる不飽和脂肪族炭化水素としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン、ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエンおよび1,3−ヘプタジエンが好ましく、ブタジエン、イソブテン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエンおよび1,3−ヘプタジエンがより好ましく、ブタジエン、イソブテン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンおよび2−エチル−1,3−ブタジエンがさらに好ましく、イソブテン、ブタジエンおよびイソプレンが特に好ましい。   Such unsaturated aliphatic hydrocarbons include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1- Octene, 2-octene, butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene and 1,3-heptadiene is preferred, butadiene, isobutene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1, More preferred are 3-butadiene and 1,3-heptadiene, butadiene, isobutene, isoprene, 2,3-dimethyl. 1,3-butadiene and 2-ethyl-1,3-butadiene is more preferable, isobutene, butadiene and isoprene are particularly preferred.

非極性ブロック(T)は、本発明の効果を損なわない範囲で不飽和脂肪族炭化水素以外の単量体(以下「他の単量体(b)」と称する)に由来する構造単位を含んでいてもよい。他の単量体(b)としては、例えば芳香族ビニル化合物(例えばスチレン、ビニルナフタレンなど)、ハロゲン含有ビニル化合物(例えば塩化ビニルなど)、ビニルエステル(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなど)、ビニルエーテル(例えばメチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルなど)などが挙げられる。他の単量体(b)は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The nonpolar block (T) includes a structural unit derived from a monomer other than the unsaturated aliphatic hydrocarbon (hereinafter referred to as “other monomer (b)”) as long as the effects of the present invention are not impaired. You may go out. Examples of the other monomer (b) include aromatic vinyl compounds (such as styrene and vinyl naphthalene), halogen-containing vinyl compounds (such as vinyl chloride), vinyl esters (such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, Vinyl pivalate, etc.), vinyl ethers (eg, methyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, etc.). As the other monomer (b), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

非極性ブロック(T)中の他の単量体(b)に由来する構造単位の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、非極性ブロック(T)中の不飽和脂肪族炭化水素に由来する構造単位の含有量は、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが最も好ましい。   The content of the structural unit derived from the other monomer (b) in the nonpolar block (T) is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. Further, the content of the structural unit derived from the unsaturated aliphatic hydrocarbon in the nonpolar block (T) is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and 100% by mass. Most preferably.

非極性ブロック(T)一つあたりのMnは3,000〜150,000が好ましく、10,000〜120,000がより好ましく、20,000〜100,000がさらに好ましい。非極性ブロック(T)一つあたりのMnが3,000〜150,000であるブロック共重合体(Z)は水への分散性が良好でミセルを形成しやすくなり、5〜260nmの細孔径を有する窒素含有多孔質炭素を製造しやすくなる。   The Mn per nonpolar block (T) is preferably 3,000 to 150,000, more preferably 10,000 to 120,000, and even more preferably 20,000 to 100,000. The block copolymer (Z) having a Mn per nonpolar block (T) of 3,000 to 150,000 has good dispersibility in water and easily forms micelles, and has a pore diameter of 5 to 260 nm. It becomes easy to produce nitrogen-containing porous carbon having the following.

ブロック共重合体(Z)を製造するための前記単量体の重合方法としては、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法、配位重合法などを適宜選択することができる。これらの中で、工業的な容易さから、ラジカル重合法、アニオン重合法およびカチオン重合法が好ましく、分子量および分子量分布の制御の観点から、リビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法およびリビングカチオン重合法がより好ましい。 As a polymerization method of the monomer for producing the block copolymer (Z 0 ), a radical polymerization method, an anionic polymerization method, a cationic polymerization method, a coordination polymerization method and the like can be appropriately selected. Among these, the radical polymerization method, the anion polymerization method and the cationic polymerization method are preferable from the viewpoint of industrial ease, and the living radical polymerization method, the living anion polymerization method and the living cationic polymerization method from the viewpoint of controlling the molecular weight and molecular weight distribution. Is more preferable.

ブロック共重合体(Z)をリビングアニオン重合によって製造する方法として、不飽和脂肪族炭化水素として共役ジエンを用いる場合を例とすると、
(1)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で、芳香族ビニル化合物、共役ジエン、芳香族ビニル化合物を逐次重合させて、S−T−S型トリブロック共重合体(Z)を得る方法(前記SおよびTは、それぞれブロック(S)および非極性ブロック(T)を表す。以下同じ);
(2)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で芳香族ビニル化合物、共役ジエンを逐次重合させた後、安息香酸フェニルなどのカップリング剤を添加して、S−T−S型トリブロック共重合体(Z)を得る方法;
(3)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中で、アニオン重合開始剤として有機リチウム化合物および重合末端アニオンの活性化剤である極性化合物(例えばエーテル、アミンなど)の存在下、−30℃〜30℃の温度にて、芳香族ビニル化合物を重合させ、得られるリビングポリマーに共役ジエンを重合させた後、安息香酸フェニルなどのカップリング剤を添加して、S−T−S型ブロック共重合体(Z)を得る方法;
(4)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で、t−ブチルスチレン、スチレン、共役ジエンを所望の順番で各1回以上逐次添加し、3種類以上のブロックからなるブロック共重合体(Z)を得る方法
などが挙げられる。
As an example of a method for producing a block copolymer (Z 0 ) by living anionic polymerization, a conjugated diene is used as an unsaturated aliphatic hydrocarbon.
(1) An aromatic vinyl compound, a conjugated diene, and an aromatic vinyl compound are sequentially polymerized in a nonpolar solvent such as cyclohexane in the presence of an anionic polymerization initiator at a temperature of 20 to 100 ° C., and S 0 − A method for obtaining a T-S 0 type triblock copolymer (Z 0 ) (wherein S 0 and T represent a block (S 0 ) and a nonpolar block (T), respectively, the same shall apply hereinafter);
(2) A coupling agent such as phenyl benzoate after sequential polymerization of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene in a non-polar solvent such as cyclohexane in the presence of an anionic polymerization initiator at a temperature of 20 to 100 ° C. To obtain a S 0 -T-S 0 type triblock copolymer (Z 0 );
(3) In a nonpolar solvent such as cyclohexane, in the presence of an organic lithium compound as an anionic polymerization initiator and a polar compound (for example, ether, amine, etc.) that is an activator of a polymerization terminal anion, -30 ° C to 30 ° C At a temperature, an aromatic vinyl compound is polymerized, a conjugated diene is polymerized to the resulting living polymer, a coupling agent such as phenyl benzoate is added, and an S 0 -TS 0 type block copolymer A method of obtaining (Z 0 );
(4) In the presence of an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane, t-butylstyrene, styrene, and conjugated diene are sequentially added one or more times in the desired order under a temperature condition of 20 to 100 ° C. Examples thereof include a method for obtaining a block copolymer (Z 0 ) comprising three or more types of blocks.

ブロック共重合体(Z)をリビングカチオン重合によって製造する方法として、不飽和脂肪族炭化水素としてイソブテンを用いる場合を例とすると、ハロゲン化炭化水素および炭化水素の混合溶媒中、−78℃で、2官能性ハロゲン化開始剤を用いて、ルイス酸存在下、イソブテンをカチオン重合させた後、スチレンなどの芳香族ビニル化合物を重合させて、S−T−S型トリブロック共重合体(Z)を得る方法(例えばMakromol. Chem., Macromol. Symp., 32, pp. 119−129 (1990).に記載の方法)が挙げられる。 As an example of a method for producing a block copolymer (Z 0 ) by living cationic polymerization, when isobutene is used as an unsaturated aliphatic hydrocarbon, in a mixed solvent of halogenated hydrocarbon and hydrocarbon at −78 ° C. A bifunctional halogenated initiator is used to cationically polymerize isobutene in the presence of a Lewis acid, and then an aromatic vinyl compound such as styrene is polymerized to produce an S 0 -TS 0 type triblock copolymer. (Z 0 ) (for example, the method described in Makromol. Chem., Macromol. Symp., 32, pp. 119-129 (1990)).

ブロック共重合体(Z)を製造するための単量体として、炭素−炭素二重結合を複数有する不飽和脂肪族炭化水素を使用する場合、通常、得られる重合体に炭素−炭素二重結合が残存する。この場合、公知の水素添加反応(水添反応)によって水素添加(水添)し、重合後に残存する炭素−炭素二重結合の一部または全部を飽和結合に変換してもよい。炭素−炭素二重結合の水素添加率(水添率)は50モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましい。水添率はH−NMR測定によって算出することができる。 When an unsaturated aliphatic hydrocarbon having a plurality of carbon-carbon double bonds is used as the monomer for producing the block copolymer (Z 0 ), the carbon-carbon double is usually added to the obtained polymer. Bonds remain. In this case, hydrogenation (hydrogenation) may be performed by a known hydrogenation reaction (hydrogenation reaction), and some or all of the carbon-carbon double bonds remaining after polymerization may be converted into saturated bonds. The hydrogenation rate (hydrogenation rate) of the carbon-carbon double bond is preferably 50 mol% or more, and more preferably 80 mol% or more. The hydrogenation rate can be calculated by 1 H-NMR measurement.

上述のようにして製造したブロック共重合体(Z)に、公知の方法で極性基を導入することによってブロック共重合体(Z)を製造することができる。 The block copolymer (Z) can be produced by introducing a polar group into the block copolymer (Z 0 ) produced as described above by a known method.

ブロック共重合体(Z)にスルホ基を導入する方法としては、公知のスルホン化反応が挙げられ、例えばブロック共重合体(Z)の溶液や懸濁液に後述するスルホン化剤を添加する方法や、ブロック共重合体(Z)にガス状のスルホン化剤を直接添加する方法が挙げられる。 Examples of the method for introducing a sulfo group into the block copolymer (Z 0 ) include known sulfonation reactions. For example, a sulfonating agent described later is added to a solution or suspension of the block copolymer (Z 0 ). And a method of directly adding a gaseous sulfonating agent to the block copolymer (Z 0 ).

スルホン化剤としては、硫酸、硫酸と脂肪族酸無水物との混合物、クロロスルホン酸、クロロスルホン酸と塩化トリメチルシリルとの混合物、三酸化硫黄、三酸化硫黄とトリエチルホスフェートとの混合物、2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸などの芳香族スルホン酸などが例示される。   Sulfonating agents include sulfuric acid, a mixture of sulfuric acid and aliphatic acid anhydride, chlorosulfonic acid, a mixture of chlorosulfonic acid and trimethylsilyl chloride, sulfur trioxide, a mixture of sulfur trioxide and triethyl phosphate, 2, 4 An aromatic sulfonic acid such as 1,6-trimethylbenzenesulfonic acid is exemplified.

スルホン化反応に用いる溶媒としては、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素、ヘキサンなどの鎖状脂肪族炭化水素、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素およびこれらの混合溶媒が例示できる。   Examples of the solvent used in the sulfonation reaction include halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chain aliphatic hydrocarbons such as hexane, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, and mixed solvents thereof.

また、例えばブロック共重合体(Z)へのホスホン酸基(−P(O)(OH))の導入方法としては、ブロック共重合体(Z)の溶液や懸濁液を調製し、無水塩化アルミニウムの存在下で、該ブロック共重合体(Z)をクロロメチルエーテルなどと反応させ、芳香環にハロメチル基を導入後、これに三塩化リンと無水塩化アルミニウムを加えて反応させて、さらに加水分解反応を行ってホスホン酸基を導入する方法などが挙げられる。また、該ブロック共重合体(Z)に三塩化リンと無水塩化アルミニウムを加えて反応させ、芳香環にホスフィン酸基(−PH(O)(OH))を導入後、硝酸により該ホスフィン酸基を酸化してホスホン酸基に変換する方法が挙げられる。 Further, for example, as a method of introducing a block copolymer phosphonic acid to (Z 0) (-P (O ) (OH) 2) , the block copolymer solution or suspension of (Z 0) was prepared In the presence of anhydrous aluminum chloride, the block copolymer (Z 0 ) is reacted with chloromethyl ether and the like, and after introducing a halomethyl group into the aromatic ring, phosphorus trichloride and anhydrous aluminum chloride are added thereto and reacted. And a method of introducing a phosphonic acid group by further performing a hydrolysis reaction. Further, phosphorus trichloride and anhydrous aluminum chloride are added to the block copolymer (Z 0 ) for reaction, and after introducing a phosphinic acid group (—PH (O) (OH)) into an aromatic ring, the phosphinic acid is added with nitric acid. The method of oxidizing a group and converting it into a phosphonic acid group is mentioned.

また、例えばブロック共重合体(Z)へのアミノ基の導入方法としては、ブロック共重合体(Z)をクロロメチル化し、次いでアミンなどと反応させる方法などが挙げられる。 Further, for example, a method for introducing an amino group into the block copolymer (Z 0 ) includes a method in which the block copolymer (Z 0 ) is chloromethylated and then reacted with an amine or the like.

<N−メチロール化合物(1)>
N−メチロール化合物(1)は、下記式(1)で示される。
<N-methylol compound (1)>
The N-methylol compound (1) is represented by the following formula (1).

(式中、Xは水素原子、炭化水素基または−NRで示されるアミノ基を表し、R〜Rは、互いに独立して、水素原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基またはアルコキシアルキル基を表す。) (In the formula, X represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an amino group represented by —NR 4 R 5 , and R 1 to R 5 are independently of each other a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyalkyl group or an alkoxyalkyl group. Represents a group.)

式(1)中のXで表される炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基などのアルキル基;フェニル基、トリル基などのアリール基;ベンジル基などのアラルキル基などが挙げられる。   Examples of the hydrocarbon group represented by X in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, and an isopentyl group. Alkyl groups such as a group, neopentyl group, 1-ethylpropyl group, hexyl group, isohexyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group; Aryl groups such as phenyl and tolyl groups; aralkyl groups such as benzyl and the like.

式(1)中のR〜Rで表されるアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基などが挙げられ、この中でも炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜2のアルキル基がさらに好ましい。 Examples of the alkyl group represented by R 1 to R 5 in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, and pentyl. Group, isopentyl group, neopentyl group, 1-ethylpropyl group, hexyl group, isohexyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, etc. Among these, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable, and an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms is more preferable.

式(1)中のR〜Rで表されるヒドロキシアルキル基は、上述のアルキル基の少なくとも1つ(好ましくは1〜3つ、最も好ましくは1つ)の水素原子がヒドロキシ基で置換されたものを意味する。かかるヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基および3−ヒドロキシプロピル基が好ましく、ヒドロキシメチル基が最も好ましい。 In the hydroxyalkyl group represented by R 1 to R 5 in formula (1), at least one (preferably 1 to 3, most preferably 1) of the above alkyl groups is substituted with a hydroxy group. Means what was done. As such a hydroxyalkyl group, a hydroxymethyl group, a 2-hydroxyethyl group and a 3-hydroxypropyl group are preferable, and a hydroxymethyl group is most preferable.

式(1)中のR〜Rで表されるアルコキシアルキル基は、上述のアルキル基の少なくとも1つ(好ましくは1〜3つ、最も好ましくは1つ)の水素原子がアルコキシ基で置換された官能基を意味する。かかるアルコキシ基の具体例としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられ、上記アルコキシアルキル基としてはメトキシメチル基、2−メトキシエチル基および3−メトキシプロピル基が好ましく、メトキシメチル基および2−メトキシエチル基がより好ましい。 In the alkoxyalkyl group represented by R 1 to R 5 in the formula (1), at least one (preferably 1 to 3, most preferably 1) hydrogen atom of the above alkyl group is substituted with an alkoxy group. Means a functional group formed. Specific examples of such alkoxy groups include, for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group and the like. The alkoxyalkyl group is preferably a methoxymethyl group, a 2-methoxyethyl group or a 3-methoxypropyl group, more preferably a methoxymethyl group or a 2-methoxyethyl group.

第1工程における重合を促進する観点から、N−メチロール化合物(1)として、Xが−NRであり、且つR〜Rが互いに独立して水素原子またはヒドロキシメチル基である化合物が好ましい。N−メチロール化合物(1)は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、後述する方法でN−メチロール化合物(1)を製造する場合、通常、複数のN−メチロール化合物(1)の混合物となる。N−メチロール化合物(1)におけるヒドロキシメチル基(−CHOH)の数の平均値は1〜4が好ましく、1.5〜3がより好ましい。 From the viewpoint of promoting polymerization in the first step, as the N-methylol compound (1), a compound in which X is —NR 4 R 5 and R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom or a hydroxymethyl group Is preferred. N-methylol compound (1) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In addition, when manufacturing N-methylol compound (1) with the method mentioned later, it becomes a mixture of a several N-methylol compound (1) normally. Average number of hydroxymethyl groups (-CH 2 OH) is preferably 1 to 4 in the N- methylol compounds (1), 1.5 to 3 is more preferable.

N−メチロール化合物(1)のうち、得られる窒素含有多孔質炭素中の窒素導入量を高める観点から、下記式(2)で示される化合物(即ち、少なくとも一つのヒドロキシメチル基を有するメチロールメラミン、以下「N−メチロール化合物(2)」と称する)が好ましい。   Among the N-methylol compounds (1), from the viewpoint of increasing the amount of nitrogen introduced into the obtained nitrogen-containing porous carbon, a compound represented by the following formula (2) (that is, methylol melamine having at least one hydroxymethyl group, Hereinafter, referred to as “N-methylol compound (2)”).

(式中、R〜Rは、互いに独立して、水素原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基またはアルコキシアルキル基を表す。) (In the formula, R 1 to R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyalkyl group or an alkoxyalkyl group.)

式(2)中のR〜Rの説明は、式(1)で説明したものと同じである。N−メチロール化合物(2)として、R〜Rが互いに独立して水素原子またはヒドロキシメチル基である化合物が好ましい。N−メチロール化合物(2)は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。N−メチロール化合物(2)におけるヒドロキシメチル基(−CHOH)の数の平均値は1〜4が好ましく、1.5〜3がより好ましい。 The explanation of R 1 to R 5 in the formula (2) is the same as that explained in the formula (1). As the N-methylol compound (2), a compound in which R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom or a hydroxymethyl group is preferable. N-methylol compound (2) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Average number of hydroxymethyl groups (-CH 2 OH) is preferably 1 to 4 in the N- methylol compounds (2), 1.5 to 3 is more preferable.

N−メチロール化合物(1)は、ホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒド(以下「ホルムアルデヒド類」と称する)と下記式(3)で示されるアミン(以下「アミン(3)」と称する)とを反応(N−メチロール化反応)させることで得られる。   The N-methylol compound (1) reacts with formaldehyde or paraformaldehyde (hereinafter referred to as “formaldehydes”) and an amine represented by the following formula (3) (hereinafter referred to as “amine (3)”) (N-methylol). It is obtained by carrying out the reaction.

(式中、Xは水素原子、炭化水素基または−NRを表し、R〜Rは、互いに独立して、水素原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基またはアルコキシアルキル基を表す。) (In the formula, X represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or —NR 4 R 5 , and R 1 to R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyalkyl group or an alkoxyalkyl group.)

アミン(3)の具体例としては、メラミン(R=R=R=H、X=NRでありかつR=R=H)、ベンゾグアナミン(R=R=R=H、X=フェニル基)、アセトグアナミン(R=R=R=H、X=メチル基)などが挙げられ、得られる窒素含有多孔質炭素中の窒素導入量を高める観点からメラミンが好ましい。 Specific examples of amine (3) include melamine (R 1 = R 2 = R 3 = H, X = NR 4 R 5 and R 4 = R 5 = H), benzoguanamine (R 1 = R 2 = R). 3 = H, X = phenyl group), acetoguanamine (R 1 = R 2 = R 3 = H, X = methyl group) and the like, from the viewpoint of increasing the amount of nitrogen introduced into the resulting nitrogen-containing porous carbon Melamine is preferred.

ホルムアルデヒド類としてはホルムアルデヒドが好ましく、かかるホルムアルデヒドはホルムアルデヒド溶液として用いることが好ましい。ホルムアルデヒド溶液の溶媒としては、水、極性有機溶媒およびこれらの混合溶媒が挙げられ、水が好ましい。極性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノールなどのアルコール;テトラヒドロフランなどのエーテル;アセトン、シクロヘキサノンなどのケトンなどが挙げられる。極性有機溶媒は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。ホルムアルデヒド溶液中のホルムアルデヒド濃度は5〜80質量%が好ましく、10〜50質量%がより好ましい。   Formaldehyde is preferred as the formaldehyde, and such formaldehyde is preferably used as a formaldehyde solution. Examples of the solvent for the formaldehyde solution include water, polar organic solvents, and mixed solvents thereof, and water is preferable. Examples of the polar organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol and 2-methyl-1-propanol; ethers such as tetrahydrofuran; ketones such as acetone and cyclohexanone. A polar organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The formaldehyde concentration in the formaldehyde solution is preferably 5 to 80% by mass, and more preferably 10 to 50% by mass.

N−メチロール化反応におけるホルムアルデヒド類の使用量は、アミン(3)が有する−NH−で示される部分構造に対して、HCHO換算で1〜6モル倍が好ましく、1.5〜3モル倍がより好ましい。上記使用量が1モル倍以上であることで反応の進行が促進され、6モル倍以下であることで原料コスト上有利となるので、工業生産性が高まる。   The amount of formaldehyde used in the N-methylolation reaction is preferably 1 to 6 mol times, 1.5 to 3 mol times in terms of HCHO, relative to the partial structure represented by -NH- in amine (3). More preferred. The progress of the reaction is promoted when the amount is 1 mol or more, and the production cost is increased when the amount is 6 mol or less, thereby increasing industrial productivity.

N−メチロール化反応は一般に溶媒中で行われる。かかる溶媒としては、水およびこれらの混合溶媒が挙げられ、水が好ましい。極性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノールなどのアルコール;テトラヒドロフランなどのエーテル;アセトン、シクロヘキサノンなどのケトンなどが挙げられる。極性有機溶媒は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。N−メチロール化反応における溶媒の使用量は、生成するN−メチロール化合物(1)の溶解性の観点から、アミン(3)の0.5質量倍以上が好ましい。   The N-methylolation reaction is generally performed in a solvent. Examples of such a solvent include water and a mixed solvent thereof, and water is preferable. Examples of the polar organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol and 2-methyl-1-propanol; ethers such as tetrahydrofuran; ketones such as acetone and cyclohexanone. A polar organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The amount of the solvent used in the N-methylolation reaction is preferably 0.5 mass times or more of the amine (3) from the viewpoint of the solubility of the N-methylol compound (1) to be produced.

N−メチロール化反応を促進する観点から、アミン(3)以外の塩基を反応系に加えてもよい。該塩基としては、除去の容易さなどの観点からアンモニアおよびトリアルキルアミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミンなど)が好ましく、アンモニアがより好ましい。該塩基は第1工程の後に留去してもよいし、N−メチロール化合物(1)中に残留させたまま第2工程に供してもよい。   From the viewpoint of promoting the N-methylolation reaction, a base other than amine (3) may be added to the reaction system. As the base, ammonia and trialkylamine (trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, etc.) are preferable from the viewpoint of easiness of removal, and ammonia is more preferable. The base may be distilled off after the first step or may be subjected to the second step while remaining in the N-methylol compound (1).

N−メチロール化反応は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下でも行ってもよいが、通常、大気下で行われる。N−メチロール化反応の反応温度は50〜100℃が好ましく、60〜80℃がより好ましい。N−メチロール化反応の反応時間は、加熱温度、ホルムアルデヒド類の使用量、アミン(3)の使用量などにより異なるが、一般的には1分間〜1時間である。   The N-methylolation reaction may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, but is usually performed in the air. 50-100 degreeC is preferable and the reaction temperature of N-methylolation reaction has more preferable 60-80 degreeC. The reaction time of the N-methylolation reaction varies depending on the heating temperature, the amount of formaldehyde used, the amount of amine (3) used, etc., but is generally 1 minute to 1 hour.

N−メチロール化反応は、通常前記ホルムアルデヒド水溶液にアミン(3)を添加して行う。アミン(3)は通常ホルムアルデヒド水溶液に溶解せずに分散するが、N−メチロール化反応の進行に伴って、分散していたアミン(3)が消失するとともに生成したN−メチロール化合物(1)が溶媒に溶解し均一な水溶液が得られる。かかる均一な水溶液が得られるまでN−メチロール化反応を行うことが好ましい。N−メチロール化反応によって得られたN−メチロール化合物(1)は、再結晶などの公知の方法で上記水溶液から単離した後に第1工程に用いてもよく、上記水溶液のまま用いてもよい。なお、N−メチロール化反応で得られたN−メチロール化合物(1)の水溶液は、通常、複数のN−メチロール化合物(1)を含有する。操作の簡略化の観点から、得られたN−メチロール化合物(1)の水溶液をそのまま第1工程で用いることが好ましい。なお、N−メチロール化合物(1)の構造は、上記溶液から塩基性物質および溶媒を除去したのち、H−NMR測定によって特定できる。 The N-methylolation reaction is usually performed by adding amine (3) to the aqueous formaldehyde solution. The amine (3) is usually dispersed without dissolving in the aqueous formaldehyde solution, but as the N-methylolation reaction proceeds, the dispersed amine (3) disappears and the produced N-methylol compound (1) A uniform aqueous solution is obtained by dissolving in a solvent. It is preferable to carry out the N-methylolation reaction until such a uniform aqueous solution is obtained. The N-methylol compound (1) obtained by the N-methylolation reaction may be used in the first step after being isolated from the aqueous solution by a known method such as recrystallization or may be used as it is. . In addition, the aqueous solution of the N-methylol compound (1) obtained by the N-methylolation reaction usually contains a plurality of N-methylol compounds (1). From the viewpoint of simplifying the operation, it is preferable to use the obtained aqueous solution of the N-methylol compound (1) as it is in the first step. The structure of the N-methylol compound (1) can be specified by 1 H-NMR measurement after removing the basic substance and the solvent from the solution.

第1工程で使用するブロック共重合体(Z)およびN−メチロール化合物(1)を含む水分散液は、好適には、例えば、(i)ブロック共重合体(Z)の水分散液を調製し、(ii)別途、上述のN−メチロール化反応によってN−メチロール化合物(1)を製造し、(iii)前記(i)で調製した水分散液に、前記(ii)で得られたN−メチロール化合物(1)を添加することによって製造することができる。   The aqueous dispersion containing the block copolymer (Z) and the N-methylol compound (1) used in the first step is preferably prepared, for example, as an aqueous dispersion of (i) the block copolymer (Z). (Ii) Separately, the N-methylol compound (1) was produced by the N-methylolation reaction described above, and (iii) the N obtained in (ii) above was added to the aqueous dispersion prepared in (i) above. -It can manufacture by adding a methylol compound (1).

上記(iii)では、上記(ii)で得られたN−メチロール化合物(1)を単離して、上記(i)で調製したブロック共重合体(Z)の水分散液に添加してもよく、上記(ii)で行うN−メチロール化反応後の反応混合液(通常、水溶液)をそのまま上記(i)で調製したブロック共重合体(Z)の水分散液に添加してもよい。操作の簡略化の観点から、N−メチロール化反応後の溶液をそのまま上記(i)で調製したブロック共重合体(Z)の水分散液に添加することが好ましい。N−メチロール化合物(1)の添加方法に特に制限はなく、一括添加、逐次添加および連続添加のいずれでもよい。   In the above (iii), the N-methylol compound (1) obtained in the above (ii) may be isolated and added to the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) prepared in the above (i). The reaction mixture (usually an aqueous solution) after the N-methylolation reaction performed in (ii) above may be added as it is to the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) prepared in (i) above. From the viewpoint of simplifying the operation, it is preferable to add the solution after the N-methylolation reaction as it is to the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) prepared in the above (i). There is no restriction | limiting in particular in the addition method of N-methylol compound (1), Any of collective addition, sequential addition, and continuous addition may be sufficient.

上記(i)におけるブロック共重合体(Z)の水分散液の調製方法としては、例えば(1)ブロック共重合体(Z)の有機溶液に水を添加して攪拌した後に、有機溶媒を除去する方法(転相乳化法)、(2)ブロック共重合体(Z)の有機溶液に、アルコールなどの極性有機溶媒を添加して攪拌し、さらに水を添加した後に、元の有機溶液に含まれていた有機溶媒および添加した極性有機溶媒を除去する方法などが挙げられる。   As the method for preparing the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) in (i) above, for example, (1) After adding water to the organic solution of the block copolymer (Z) and stirring, the organic solvent is removed. (2) A polar organic solvent such as alcohol is added to the organic solution of the block copolymer (Z) and stirred, and water is added to the original organic solution. And a method of removing the added organic solvent and the added polar organic solvent.

また上記(i)におけるブロック共重合体(Z)の水分散液におけるブロック共重合体(Z)の含有量は1〜30質量%が好ましく、2〜20質量%がより好ましい。該含有量は水分散液の固形分として求めることができ、詳しくは、該水分散液を加熱乾燥式水分計(株式会社エー・アンド・デイ製MX−50)で150℃で60分間乾燥させ、乾燥前の水分散液の質量および乾燥後に得られた固形物(すなわちブロック共重合体(Z))の質量から次式により固形分を算出することができる。
ブロック共重合体(Z)の含有量(質量%)=100×乾燥後に得られた固形物の質量(g)/乾燥前の水分散液の質量
Moreover, 1-30 mass% is preferable and, as for content of the block copolymer (Z) in the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) in said (i), 2-20 mass% is more preferable. The content can be determined as the solid content of the aqueous dispersion. Specifically, the aqueous dispersion is dried at 150 ° C. for 60 minutes with a heat-drying moisture meter (MX-50 manufactured by A & D Co., Ltd.). The solid content can be calculated from the mass of the aqueous dispersion before drying and the mass of the solid material obtained after drying (that is, the block copolymer (Z)) by the following formula.
Content (% by mass) of block copolymer (Z) = 100 × mass of solid matter obtained after drying (g) / mass of aqueous dispersion before drying

またかかるブロック共重合体(Z)の水分散液において、ミセルを形成しているブロック共重合体(Z)の平均分散粒径は、5〜260nmの細孔径を有する窒素含有多孔質炭素を製造する観点から5〜200nmの範囲が好ましく、10〜100nmの範囲がより好ましい。該平均分散粒径は動的光散乱法で測定した値である。詳しくは、後述の実施例に動的光散乱法の測定条件および装置を記載する。   Further, in the aqueous dispersion of the block copolymer (Z), the average dispersed particle size of the block copolymer (Z) forming the micelle is a nitrogen-containing porous carbon having a pore size of 5 to 260 nm. From the viewpoint of making, a range of 5 to 200 nm is preferable, and a range of 10 to 100 nm is more preferable. The average dispersed particle diameter is a value measured by a dynamic light scattering method. In detail, the measurement conditions and apparatus of a dynamic light scattering method are described in the below-mentioned Example.

ブロック共重合体(Z)の水分散液においてミセルを形成しているブロック共重合体(Z)の平均分散粒径は、ブロック共重合体(Z)のMn、ブロック共重合体(Z)を構成する極性ブロック(S)および非極性ブロック(T)の含有量、極性基の種類、極性基の量などによって調整できる。例えばブロック共重合体(Z)のMnが大きいと、かかる平均分散粒径は大きくなる傾向がある。また、極性基の極性が低いと、かかる平均分散粒径は大きくなる傾向がある。また、ブロック共重合体(Z)の極性基の含有量が少ないと、かかる平均分散粒径は大きくなる傾向がある。   The average dispersion particle size of the block copolymer (Z) forming micelles in the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) is the Mn of the block copolymer (Z), the block copolymer (Z). It can be adjusted depending on the content of the polar block (S) and nonpolar block (T) to be formed, the type of polar group, the amount of polar group and the like. For example, when the Mn of the block copolymer (Z) is large, the average dispersed particle size tends to increase. Further, when the polarity of the polar group is low, the average dispersed particle size tends to increase. Moreover, when there is little content of the polar group of a block copolymer (Z), there exists a tendency for this average dispersed particle diameter to become large.

第1工程において、ブロック共重合体(Z)およびN−メチロール化合物(1)を含有する水分散液中の重合前におけるN−メチロール化合物(1)およびブロック共重合体(Z)の合計含有量は、生産性の観点から0.5〜50質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。   In the first step, the total content of the N-methylol compound (1) and the block copolymer (Z) before polymerization in the aqueous dispersion containing the block copolymer (Z) and the N-methylol compound (1). Is preferably 0.5 to 50% by mass, more preferably 5 to 40% by mass from the viewpoint of productivity.

ブロック共重合体(Z)およびN−メチロール化合物(1)を含有する水分散液の調製に用いるブロック共重合体(Z)に対するN−メチロール化合物(1)の使用量は、ブロック共重合体(Z)の1〜8質量倍が好ましく、1.2〜4質量倍がより好ましい。N−メチロール化合物(1)の使用量を、ブロック共重合体(Z)の8質量倍以下とすることで、得られる窒素含有多孔質炭素における細孔径が5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積を100m/g以上とできる。 The amount of the N-methylol compound (1) used relative to the block copolymer (Z) used for the preparation of the aqueous dispersion containing the block copolymer (Z) and the N-methylol compound (1) is the block copolymer ( Z) is preferably 1 to 8 times by mass, more preferably 1.2 to 4 times by mass. By making the usage-amount of N-methylol compound (1) into 8 mass times or less of a block copolymer (Z), the pore diameter in the range whose pore diameter in the nitrogen-containing porous carbon obtained is 5-260 nm. The total specific surface area can be 100 m 2 / g or more.

第1工程におけるN−メチロール化合物(1)の重合は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行ってもよいが、通常、大気下で行われる。かかる重合を行う重合温度は20〜100℃が好ましく、50〜90℃がより好ましい。また重合時間は、得られる窒素含有多孔質炭素の細孔の均一性を高める観点から10分間〜10時間が好ましく、20分間〜2時間がより好ましい。   The polymerization of the N-methylol compound (1) in the first step may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, but is usually performed in the air. 20-100 degreeC is preferable and the polymerization temperature which performs this superposition | polymerization has more preferable 50-90 degreeC. The polymerization time is preferably 10 minutes to 10 hours, more preferably 20 minutes to 2 hours, from the viewpoint of enhancing the uniformity of the pores of the obtained nitrogen-containing porous carbon.

ブロック共重合体(Z)およびN−メチロール化合物(1)を含有する水分散液は、重合を促進させるために、酸性であることが好ましく、そのpHは5以下であることがより好ましい。該水分散液を酸性に調整する目的で酸を含有させてもよい。かかる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸;酢酸、シュウ酸、p−トルエンスルホン酸などの有機酸およびこれらの混合物が挙げられる。無機酸および有機酸はいずれも1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。ブロック共重合体(Z)の極性基が酸性基である場合、上記した酸を含有させることなく水分散液を酸性に調整できるので好ましい。   The aqueous dispersion containing the block copolymer (Z) and the N-methylol compound (1) is preferably acidic in order to promote polymerization, and more preferably has a pH of 5 or less. An acid may be contained for the purpose of adjusting the aqueous dispersion to be acidic. Such acids include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid; organic acids such as acetic acid, oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, and mixtures thereof. Inorganic acids and organic acids may be used alone or in combination of two or more. When the polar group of the block copolymer (Z) is an acidic group, it is preferable because the aqueous dispersion can be adjusted to acidic without containing the above-mentioned acid.

[第2工程]
第2工程は、上記した第1工程で得られた混合物から水を除去して重合体組成物を得る工程である。かかる重合体組成物は、N−メチロール化合物(1)の重合体中に粒子状のブロック共重合体(Z)が分散された構造を形成していると考えられる。
[Second step]
The second step is a step of removing the water from the mixture obtained in the first step and obtaining a polymer composition. Such a polymer composition is considered to form a structure in which the particulate block copolymer (Z) is dispersed in the polymer of the N-methylol compound (1).

水の除去方法に特に限定はなく、公知の方法、例えばろ過、自然乾燥、加熱、減圧およびこれらの組み合わせを適宜採用することができる。水を除去するために加熱する場合、加熱温度は30〜150℃が好ましく、60〜120℃がより好ましい。水を除去するために減圧する場合、その圧力は、1.3〜13,000Paが好ましく、13〜1,300Paがより好ましい。また、水の除去は大気下で行っても、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。また、第1工程で得られた混合物に含まれる水を第3工程の加熱温度までに昇温する間に除去してもよい。すなわち、第2工程の水の除去と第3工程のための昇温とを同時に行ってもよい。   The method for removing water is not particularly limited, and known methods such as filtration, natural drying, heating, reduced pressure, and combinations thereof can be appropriately employed. When heating to remove water, the heating temperature is preferably 30 to 150 ° C, more preferably 60 to 120 ° C. When reducing the pressure to remove water, the pressure is preferably 1.3 to 13,000 Pa, and more preferably 13 to 1,300 Pa. The removal of water may be performed in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. Further, water contained in the mixture obtained in the first step may be removed while the temperature is raised to the heating temperature in the third step. That is, the removal of water in the second step and the temperature increase for the third step may be performed simultaneously.

[第3工程]
第3工程は、上記した第2工程で得られた重合体組成物を第3工程で加熱することで、本発明の窒素含有多孔質炭素を得る工程である。第3工程において、N−メチロール化合物(1)の重合体中に分散された粒子状のブロック共重合体(Z)が除去されて細孔が形成されるとともに、N−メチロール化合物(1)の重合体が窒素含有炭素に変換され、細孔を有する窒素含有多孔質炭素が製造できる。
[Third step]
The third step is a step of obtaining the nitrogen-containing porous carbon of the present invention by heating the polymer composition obtained in the second step described above in the third step. In the third step, the particulate block copolymer (Z) dispersed in the polymer of the N-methylol compound (1) is removed to form pores, and the N-methylol compound (1) The polymer is converted to nitrogen-containing carbon, and nitrogen-containing porous carbon having pores can be produced.

第3工程に供する重合体組成物は、触媒インクを調製する際に窒素含有多孔質炭素の分散性を高める目的で予め粉砕しておくことが好ましい。粉砕方法に特に制限はないが、ボールミル、ビーズミル、凍結粉砕等が挙げられ、中でもボールミルが好ましい。粉砕の程度に特に制限はないが、重合体組成物の粒径を100μm以下とすることが好ましく、50μm以下とすることがより好ましい。   The polymer composition used in the third step is preferably pulverized in advance for the purpose of improving the dispersibility of the nitrogen-containing porous carbon when preparing the catalyst ink. The pulverization method is not particularly limited, and examples thereof include a ball mill, a bead mill, and freeze pulverization. Among these, a ball mill is preferable. Although there is no restriction | limiting in particular in the grade of a grinding | pulverization, It is preferable that the particle size of a polymer composition shall be 100 micrometers or less, and it is more preferable to set it as 50 micrometers or less.

第3工程では、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で加熱してもよく、二酸化炭素、水蒸気等のガス雰囲気下で加熱してもよい。二酸化炭素、水蒸気等のガス雰囲気下で加熱した場合は、得られる窒素含有多孔質炭素の細孔径5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が向上する傾向がある。   In the third step, heating may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or heating may be performed in a gas atmosphere such as carbon dioxide or water vapor. When heated in a gas atmosphere such as carbon dioxide or water vapor, the total specific surface area of the pores in the pore diameter range of 5 to 260 nm of the obtained nitrogen-containing porous carbon tends to be improved.

得られる窒素含有多孔質炭素中の炭素原子の含有量を80質量%以上とし、窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)を0.005〜0.18の範囲とする観点から、加熱温度は、窒素等の不活性ガス雰囲気下で加熱する場合、好ましくは1000〜1400℃、より好ましくは1000〜1200℃であり、二酸化炭素、水蒸気等のガス雰囲気下で加熱する場合、好ましくは800〜1400℃、より好ましくは800〜1200℃である。加熱温度にて保持する時間(加熱時間)は30分間〜12時間が好ましい。
一方、得られる窒素含有多孔質炭素中の、水素原子と炭素原子との原子比(H/C)を0.1以下とする観点からは、加熱温度は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で加熱する場合、1000℃以上が好ましく、二酸化炭素、水蒸気等のガス雰囲気下で加熱する場合の加熱温度は800℃以上が好ましい。
加熱温度を高めるに伴い、得られる窒素含有多孔質炭素の炭素含有量が向上し、窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)および水素原子と炭素原子との原子比(H/C)は減少する傾向となるので、所望の組成に応じて適宜加熱温度を調整する。
From the viewpoint that the content of carbon atoms in the obtained nitrogen-containing porous carbon is 80 mass% or more, and the atomic ratio (N / C) of nitrogen atoms to carbon atoms is in the range of 0.005 to 0.18, The heating temperature is preferably 1000 to 1400 ° C., more preferably 1000 to 1200 ° C. when heating in an inert gas atmosphere such as nitrogen, and preferably when heating in a gas atmosphere such as carbon dioxide and water vapor. It is 800-1400 degreeC, More preferably, it is 800-1200 degreeC. The time for holding at the heating temperature (heating time) is preferably 30 minutes to 12 hours.
On the other hand, from the viewpoint of setting the atomic ratio (H / C) of hydrogen atoms to carbon atoms in the obtained nitrogen-containing porous carbon to 0.1 or less, the heating temperature is an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. In the case of heating at a lower temperature, 1000 ° C. or higher is preferable, and the heating temperature for heating in a gas atmosphere such as carbon dioxide or water vapor is preferably 800 ° C. or higher.
As the heating temperature is increased, the carbon content of the obtained nitrogen-containing porous carbon is improved, and the atomic ratio of nitrogen atoms to carbon atoms (N / C) and the atomic ratio of hydrogen atoms to carbon atoms (H / C) ) Tends to decrease, so the heating temperature is appropriately adjusted according to the desired composition.

加熱温度までの昇温速度は1〜50℃/分が好ましく、2〜30℃/分がより好ましい。昇温速度を1℃/分以上とすることで生産性が向上し、50℃/分以下とすることで得られる窒素含有多孔質炭素の細孔の均一性が向上する。   The heating rate up to the heating temperature is preferably 1 to 50 ° C./min, more preferably 2 to 30 ° C./min. The productivity is improved by setting the heating rate to 1 ° C./min or more, and the uniformity of the pores of the nitrogen-containing porous carbon obtained by setting it to 50 ° C./min or less is improved.

第3工程の後、通常、得られた窒素含有多孔質炭素を常温まで冷却する。冷却速度は1〜50℃/分が好ましく、5〜30℃/分がより好ましい。冷却速度を1℃/分以上とすることで生産性が向上する。冷却方法に特に制限はなく、公知の冷却装置を用いても、自然冷却してもよい。   After the third step, the obtained nitrogen-containing porous carbon is usually cooled to room temperature. The cooling rate is preferably 1 to 50 ° C./min, and more preferably 5 to 30 ° C./min. Productivity improves by making a cooling rate into 1 degree-C / min or more. There is no restriction | limiting in particular in the cooling method, You may use a well-known cooling device or may cool naturally.

(触媒)
本発明の触媒は、前記窒素含有多孔質炭素に触媒金属を担持してなる。触媒金属は1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。触媒金属に特に限定は無く、触媒(特に、固体高分子型燃料電池の電極で用いられる触媒)に通常使用されているもの、例えばPt、Pd、Ru、Os、Ir、Rh、Au、Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Cu、Ti、ZnおよびVを挙げることができる。これらの中で活性が高い白金族元素であるPt、Pd、Ru、Os、IrおよびRhが好ましく、Ptがより好ましい。
(catalyst)
The catalyst of the present invention comprises a catalyst metal supported on the nitrogen-containing porous carbon. Only one type of catalyst metal may be used, or two or more types may be used in combination. There is no particular limitation on the catalyst metal, and those usually used for catalysts (particularly, catalysts used for electrodes of solid polymer fuel cells) such as Pt, Pd, Ru, Os, Ir, Rh, Au, Fe, Ni, Cr, Mn, Co, Cu, Ti, Zn and V can be mentioned. Among these, Pt, Pd, Ru, Os, Ir and Rh, which are platinum group elements having high activity, are preferable, and Pt is more preferable.

前記触媒金属の粒径は1〜10nmであることが好ましく、2〜8nmであることがより好ましい。触媒金属の粒径が1nm以上であると、触媒の耐久性が向上し、10nm以下であると、触媒活性が高められる。この粒径は、触媒のX線回折を測定し、得られた回折ピークからSherrerの式を用いて算出される。   The catalyst metal preferably has a particle size of 1 to 10 nm, more preferably 2 to 8 nm. When the particle size of the catalyst metal is 1 nm or more, the durability of the catalyst is improved, and when it is 10 nm or less, the catalyst activity is enhanced. This particle diameter is calculated by measuring the X-ray diffraction of the catalyst and using the Serrer equation from the obtained diffraction peak.

また、本発明の触媒中の触媒金属の含有量は20〜70質量%であることが好ましく、30〜60質量%であることがより好ましい。かかる含有量が20質量%以上であることで、触媒活性が高まり、70質量%以下であることで触媒金属の凝集が抑制される。   Moreover, it is preferable that it is 20-70 mass%, and, as for content of the catalyst metal in the catalyst of this invention, it is more preferable that it is 30-60 mass%. When the content is 20% by mass or more, the catalytic activity is increased, and when the content is 70% by mass or less, aggregation of the catalyst metal is suppressed.

窒素含有多孔質炭素に触媒金属を担持させる方法は、従来公知の担持法のいずれかの方法であってもよく、例えば、担体に触媒金属前駆体溶液を浸漬させた後、触媒金属前駆体を還元する方法、または、触媒金属コロイド溶液を担体に浸漬する方法などが採用される。例えば、窒素含有多孔質炭素に白金を担持させた触媒を得るには、白金(II)アセチルアセトナートのジクロロメタン溶液を本発明の窒素含有多孔質炭素に加え、溶媒を留去して窒素含有多孔質炭素に白金(II)アセチルアセトナートを吸着させ、これを不活性雰囲気下で加熱し、還元する浸漬法によって製造することができる。   The method for supporting the catalyst metal on the nitrogen-containing porous carbon may be any of the conventionally known support methods. For example, after the catalyst metal precursor solution is immersed in the support, the catalyst metal precursor is A method of reducing or a method of immersing a catalytic metal colloid solution in a carrier is employed. For example, in order to obtain a catalyst in which platinum is supported on nitrogen-containing porous carbon, a dichloromethane solution of platinum (II) acetylacetonate is added to the nitrogen-containing porous carbon of the present invention, and the solvent is distilled off to remove nitrogen-containing porous carbon. It can be produced by a dipping method in which platinum (II) acetylacetonate is adsorbed on carbonaceous material, heated under an inert atmosphere, and reduced.

以下、実施例および比較例を用いて本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples. The present invention is not limited to the following examples.

1.窒素含有多孔質炭素の製造で使用する重合体の特性評価
(1)数平均分子量(Mn)の測定
以下の測定装置および条件によって、窒素含有多孔質炭素の製造で使用する重合体のMnを測定した。なお、重合体のMnは、標準ポリスチレンの較正曲線を用いて換算した。
GPCシステム:東ソー製「HLC−8220GPC」
カラム:TSK guard Column Super MP−M;TSK gel G3000H;およびTSKgel Super Multipore HZ−Mをこの順に直列に連結して使用した。
RI検出器:HLC−8220GPC
カラムオーブン温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン
標準サンプル:ポリスチレン
1. Characteristic evaluation of polymer used in production of nitrogen-containing porous carbon (1) Measurement of number average molecular weight (Mn) Mn of polymer used in production of nitrogen-containing porous carbon is measured according to the following measuring apparatus and conditions. did. In addition, Mn of the polymer was converted using a calibration curve of standard polystyrene.
GPC system: “HLC-8220GPC” manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSK guard Column Super MP-M; TSK gel G3000H; and TSKgel Super Multipore HZ-M were connected in series in this order.
RI detector: HLC-8220GPC
Column oven temperature: 40 ° C
Eluent: Tetrahydrofuran Standard sample: Polystyrene

(2)ブロック共重合体(Z)におけるブロック(S)の含有量、非極性ブロック(T)中の1,4−結合量および水添率並びにブロック共重合体(Z)のスルホン化率の測定
以下の測定装置および条件によって、H−NMRを測定し、ブロック共重合体(Z)におけるブロック(S)の含有量、非極性ブロック(T)中の1,4−結合量および水添率並びにブロック共重合体(Z)のスルホン化率(極性ブロック(S)中の芳香族ビニル化合物に由来する構造単位に対するスルホ基の導入率)を算出した。
H−NMRシステム:日本電子製JNM−ECX400
溶媒:重水素化クロロホルム
基準ピーク:テトラメチルシラン
(2) Sulfonation of the block copolymer (Z 0) the content of the block (S 0) in, in a non-polar block (T) 1,4 bond content and hydrogenation ratio as well as block copolymer (Z) Measurement of rate 1 H-NMR was measured by the following measuring apparatus and conditions, the content of block (S 0 ) in the block copolymer (Z 0 ), 1,4-bond in the nonpolar block (T) The amount and the hydrogenation rate, and the sulfonation rate of the block copolymer (Z) (the introduction rate of the sulfo group relative to the structural unit derived from the aromatic vinyl compound in the polar block (S)) were calculated.
1 H-NMR system: JEOL JNM-ECX400
Solvent: Deuterated chloroform Reference peak: Tetramethylsilane

(3)スルホ基の含有量の測定
ブロック共重合体(Z)を秤量(秤量値a(g))し、100質量倍のテトラヒドロフランに溶解させた。該溶液に過剰量の塩化ナトリウム飽和水溶液((300〜500)×a(mL))を添加して、密閉系で12時間攪拌した。フェノールフタレインを指示薬として、水中に発生した塩化水素を0.01規定の水酸化ナトリウム標準水溶液(力価f)にて中和滴定(滴定量b(mL))した。以上の結果から、ブロック共重合体(Z)1gあたりのスルホ基の含有量を、次式から算出した。
ブロック共重合体(Z)1gあたりのスルホ基の含有量(mmol/g)=(0.01×b×f)/a
(3) Measurement of Sulfo Group Content The block copolymer (Z) was weighed (weighed value a (g)) and dissolved in 100 mass times tetrahydrofuran. An excessive amount of saturated aqueous sodium chloride solution ((300 to 500) × a (mL)) was added to the solution, and the mixture was stirred for 12 hours in a closed system. Using phenolphthalein as an indicator, hydrogen chloride generated in water was subjected to neutralization titration (titration b (mL)) with a 0.01 N standard aqueous sodium hydroxide solution (titer f). From the above results, the sulfo group content per 1 g of the block copolymer (Z) was calculated from the following formula.
Content of sulfo group per 1 g of block copolymer (Z) (mmol / g) = (0.01 × b × f) / a

(4)非極性ブロック(T)の非晶性評価
ブロック共重合体(Z)(20質量%)のトルエン/2−プロパノール(質量比5/5)溶液を調製し、離型処理済PETフィルム(三菱樹脂製「MRV」)上に約350μmの厚さで塗工し、熱風乾燥機にて100℃で4分間乾燥後、25℃で離型処理済PETフィルムから剥離させて、厚さ30μmの膜を得た。得られた膜を、広域動的粘弾性測定装置(レオロジ製「DVE−V4FTレオスペクトラー」)を使用して、引張りモード(周波数:11Hz)にて昇温速度3℃/分で−80℃から250℃まで昇温して、貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E’’)および損失正接(tanδ)を測定した。結晶性オレフィン重合体に由来する80〜100℃における貯蔵弾性率の変化の有無から、非極性ブロック(T)の非晶性を評価した。この結果、下記製造例で得られたすべてのブロック共重合体(Z)において上記貯蔵弾性率の変化がなく、それらの非極性ブロック(T)は非晶性であった。
(4) Amorphous Evaluation of Nonpolar Block (T) A toluene / 2-propanol (mass ratio 5/5) solution of a block copolymer (Z) (20% by mass) was prepared, and a release-treated PET film (Mitsubishi Resin “MRV”) is coated at a thickness of about 350 μm, dried in a hot air dryer at 100 ° C. for 4 minutes, and then peeled off from the release-treated PET film at 25 ° C. to a thickness of 30 μm. Film was obtained. The obtained film was -80 ° C. at a temperature rising rate of 3 ° C./min in a tensile mode (frequency: 11 Hz) using a wide-range dynamic viscoelasticity measuring device (“DVE-V4FT Rheospectr” manufactured by Rheology). The temperature was raised to 250 ° C., and the storage elastic modulus (E ′), loss elastic modulus (E ″) and loss tangent (tan δ) were measured. The amorphous nature of the nonpolar block (T) was evaluated from the presence or absence of a change in storage elastic modulus at 80 to 100 ° C. derived from the crystalline olefin polymer. As a result, in all the block copolymers (Z) obtained in the following production examples, there was no change in the storage elastic modulus, and those nonpolar blocks (T) were amorphous.

(5)水分散液中のブロック共重合体(Z)の平均分散粒径の測定
動的光散乱法による粒径測定装置(大塚電子製「FPAR−1000」)を用いて、製造例3で製造したブロック共重合体(Z)の水分散液中のブロック共重合体(Z)の平均分散粒径を測定した。測定温度は26℃で行い、ストークス・アインシュタイン式を用いて粒径を算出し、得られた粒径を平均して平均分散粒径を求めた。
(5) Measurement of average dispersed particle size of block copolymer (Z) in aqueous dispersion In production example 3 using a particle size measuring device (Otsuka Electronics "FPAR-1000") by a dynamic light scattering method. The average dispersed particle size of the block copolymer (Z) in the aqueous dispersion of the produced block copolymer (Z) was measured. The measurement temperature was 26 ° C., the particle diameter was calculated using the Stokes-Einstein equation, and the average particle diameter was obtained by averaging the obtained particle diameters.

(6)N−メチロール化合物(1)の分析
N−メチロール化合物(1)中のヒドロキシメチル基(−CHOH)の数は、以下の測定装置および条件によって、H−NMRを測定し、算出した。
H−NMRシステム:日本電子製JNM−ECM400
溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
基準ピーク:テトラメチルシラン
(6) Analysis of N-methylol compound (1) The number of hydroxymethyl groups (—CH 2 OH) in the N-methylol compound (1) was measured by 1 H-NMR according to the following measuring apparatus and conditions, Calculated.
1 H-NMR system: JEOL JNM-ECM400
Solvent: Deuterated dimethyl sulfoxide Reference peak: Tetramethylsilane

2.窒素含有多孔質炭素の製造で使用する原料の製造
[製造例1:ブロック共重合体(Z)−1の製造]
各原料は予め充分に脱水したものを用いた。撹拌装置付き耐圧容器を充分に乾燥し、窒素置換した後、撹拌しつつ172gのα−メチルスチレン、251gのシクロヘキサン、47.3gのメチルシクロヘキサンおよび5.9gのテトラヒドロフランを各々添加した後、−10℃に冷却し、さらに16.8mLのsec−ブチルリチウム(1.3M)のシクロヘキサン溶液を添加し、5時間撹拌を続けて重合反応を行った。このとき重合溶液をサンプリングして重合体(ポリ(α−メチルスチレン))のMnを確認したところ7,100であった。次いで、35.4gのブタジエンを添加し、30分間撹拌後、1,680gのシクロヘキサンを加えた。このとき重合溶液をサンプリングして確認した重合体(ポリ(α−メチルスチレン)−ポリブタジエン型のジブロック共重合体)のMnと前記したポリ(α−メチルスチレン)のMnとの差からポリブタジエンブロックのMnは3,350であった。次いで、重合溶液に1時間かけて310gのブタジエンを添加した。かかるブタジエンの添加開始と同時に昇温を始め、30分かけて60℃まで昇温したのち、60℃で30分間保持した。ブタジエン添加完了後、さらに60℃にて1時間重合した。その後、重合溶液に、21.8mLのα,α’−ジクロロ−p−キシレン(0.5M、トルエン溶液)を加え、60℃にて1時間撹拌することで、カップリング反応を行い、ポリ(α−メチルスチレン)−ポリブタジエン−ポリ(α−メチルスチレン)型のトリブロック共重合体(「mSEBmS」と称する)を合成した。得られたmSEBmSのMnは79,500であり、非極性ブロック(T)中の1,4−結合量は44.0%、ブロック(S)の含有量(すなわち、α−メチルスチレン単位の含有量)は31質量%であった。
次いで、mSEBmSのシクロヘキサン溶液を調製し、充分に窒素置換を行った耐圧容器に仕込んだ後、Ni/Al系のチーグラー系触媒を用いて、水素雰囲気下において80℃で5時間水添反応を行い、ポリ(α−メチルスチレン)−水添ポリブタジエン−ポリ(α−メチルスチレン)型のトリブロック共重合体(「ブロック共重合体(Z)−1」と称する)を得た。得られたブロック共重合体(Z)−1の水添率は99.6モル%であり、Mnは79,600であり、各ポリ(α−メチルスチレン)ブロックのMnはいずれも7,100であり、水添ポリブタジエンブロックのMnは65,400であった。
2. Production of raw materials used in the production of nitrogen-containing porous carbon [Production Example 1: Production of block copolymer (Z 0 ) -1]
Each raw material was sufficiently dehydrated in advance. After fully drying the pressure vessel equipped with a stirrer and replacing with nitrogen, 172 g of α-methylstyrene, 251 g of cyclohexane, 47.3 g of methylcyclohexane and 5.9 g of tetrahydrofuran were added with stirring, and then −10 The mixture was cooled to 0 ° C., and 16.8 mL of a sec-butyllithium (1.3 M) cyclohexane solution was added, and stirring was continued for 5 hours to carry out a polymerization reaction. At this time, when the Mn of the polymer (poly (α-methylstyrene)) was confirmed by sampling the polymerization solution, it was 7,100. Next, 35.4 g of butadiene was added, and after stirring for 30 minutes, 1,680 g of cyclohexane was added. From the difference between the Mn of the polymer (poly (α-methylstyrene) -polybutadiene type diblock copolymer) confirmed by sampling the polymerization solution and the Mn of the poly (α-methylstyrene) described above, The Mn was 3,350. Next, 310 g of butadiene was added to the polymerization solution over 1 hour. At the same time as the start of the addition of butadiene, the temperature was raised, and after raising the temperature to 60 ° C. over 30 minutes, the temperature was maintained at 60 ° C. for 30 minutes. After completion of the butadiene addition, polymerization was further performed at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, 21.8 mL of α, α′-dichloro-p-xylene (0.5 M, toluene solution) was added to the polymerization solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour to perform a coupling reaction. An α-methylstyrene) -polybutadiene-poly (α-methylstyrene) type triblock copolymer (referred to as “mSEBmS”) was synthesized. The obtained mSEBmS has a Mn of 79,500, the 1,4-bond content in the nonpolar block (T) is 44.0%, and the content of the block (S 0 ) (that is, α-methylstyrene unit) Content) was 31% by mass.
Next, a cyclohexane solution of mSEBmS was prepared and charged into a pressure-resistant vessel that had been sufficiently purged with nitrogen. Then, a hydrogenation reaction was performed at 80 ° C. for 5 hours in a hydrogen atmosphere using a Ni / Al Ziegler catalyst. Thus, a poly (α-methylstyrene) -hydrogenated polybutadiene-poly (α-methylstyrene) type triblock copolymer (referred to as “block copolymer (Z 0 ) -1”) was obtained. The resulting block copolymer (Z 0 ) -1 had a hydrogenation rate of 99.6 mol%, Mn of 79,600, and each poly (α-methylstyrene) block had a Mn of 7, 100, and Mn of the hydrogenated polybutadiene block was 65,400.

[製造例2:ブロック共重合体(Z)−1の製造]
製造例1で得られた100gのブロック共重合体(Z)−1を、攪拌機付きのガラス製反応容器中にて40℃、50Paで6時間乾燥し、次いで窒素置換した後、1000mLの塩化メチレンを加え、35℃にて2時間攪拌して溶解させた。溶解後、41.8mLの塩化メチレン中、0℃にて21.0mLの無水酢酸と9.34mLの硫酸とを反応させて得られたスルホン化剤を、20分かけて徐々に滴下した。25℃にて7時間攪拌後、2Lの蒸留水の中に攪拌しながら重合体溶液を注ぎ、重合体を凝固析出させた。析出した重合体を90℃の蒸留水で30分間洗浄し、次いでろ過した。この洗浄およびろ過の操作を洗浄水のpHに変化がなくなるまで繰り返し、最後にろ取した重合体を20℃、50Paで12時間乾燥してスルホン化物(「ブロック共重合体(Z)−1」と称する)を得た。得られたブロック共重合体(Z)−1のスルホン化率は50モル%であり、スルホ基の含有量は1.06mmol/gであった。
[Production Example 2: Production of block copolymer (Z) -1]
100 g of the block copolymer (Z 0 ) -1 obtained in Production Example 1 was dried in a glass reaction vessel equipped with a stirrer at 40 ° C. and 50 Pa for 6 hours, and then purged with nitrogen. Methylene was added and dissolved by stirring at 35 ° C. for 2 hours. After dissolution, a sulfonating agent obtained by reacting 21.0 mL of acetic anhydride and 9.34 mL of sulfuric acid at 0 ° C. in 41.8 mL of methylene chloride was gradually added dropwise over 20 minutes. After stirring at 25 ° C. for 7 hours, the polymer solution was poured into 2 L of distilled water while stirring to coagulate and precipitate the polymer. The precipitated polymer was washed with distilled water at 90 ° C. for 30 minutes and then filtered. This washing and filtration operation is repeated until there is no change in the pH of the washing water, and the polymer collected by filtration at the end is dried at 20 ° C. and 50 Pa for 12 hours to give a sulfonated product (“block copolymer (Z) -1”). Called). The resulting block copolymer (Z) -1 had a sulfonation rate of 50 mol% and a sulfo group content of 1.06 mmol / g.

[製造例3:ブロック共重合体(Z)−1の水分散液の製造]
製造例2で合成した30gのブロック共重合体(Z)−1を270gのテトラヒドロフラン/2−メチルプロパノール混合溶媒(質量比50/50)に溶解し、ブロック共重合体(Z)−1(含有量10質量%)の溶液を調製した。この溶液に300gのメタノールを追加し、さらに600gの水を加えた後、エバポレータで有機溶媒を除去した。さらに水を100g加えた後、再度エバポレータで濃縮し、水分散液を得た。上述した方法で測定した該水分散液の固形分は11.8質量%であった。また、該水分散液中のブロック共重合体(Z)−1の平均分散粒径は32nmであった。
[Production Example 3: Production of aqueous dispersion of block copolymer (Z) -1]
30 g of the block copolymer (Z) -1 synthesized in Production Example 2 was dissolved in 270 g of a tetrahydrofuran / 2-methylpropanol mixed solvent (mass ratio 50/50), and the block copolymer (Z) -1 (containing) A 10% by weight) solution was prepared. After adding 300 g of methanol to this solution and adding 600 g of water, the organic solvent was removed with an evaporator. Further, 100 g of water was added and then concentrated again with an evaporator to obtain an aqueous dispersion. The solid content of the aqueous dispersion measured by the method described above was 11.8% by mass. Further, the average dispersed particle size of the block copolymer (Z) -1 in the aqueous dispersion was 32 nm.

[製造例4:メチロールメラミン水溶液の製造]
還流管を付し、磁気攪拌子を入れた100mLの三口フラスコに、10gのホルムアルデヒド水溶液(和光純薬工業製、ホルムアルデヒド濃度37質量%、ホルムアルデヒド量3.7g)と5gの1Mアンモニア水(関東化学製)を添加し、室温で撹拌混合した。得られた混合物に、室温で8.0gのメラミン(和光純薬工業製、特級)を一括で添加した後、混合物を大気下で撹拌しながら室温から80℃まで5分間かけて昇温し、さらに80℃で40分間撹拌した。N−メチロール化反応の進行に伴い、添加当初で分散していた固体状のメラミンはなくなり、均一なメチロールメラミン水溶液が23.0g得られた。
得られたメチロールメラミン水溶液から1gを採取し、100℃で60分間乾燥したところ、500mgの固体が得られた。得られた固体は、H−NMRスペクトルから1分子あたり平均2個メチロール化されたメチロールメラミン(即ち、平均して2個のヒドロキシメチル基(−CHOH)を有するメチロールメラミン)であることを確認した。また前記H−NMRスペクトルでは、他の化合物に由来するピークが見られなかった。この結果から、得られたメチロールメラミン水溶液中の前記メチロールメラミン含有量を50質量%と決定した。
[Production Example 4: Production of aqueous methylolmelamine solution]
A 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube and containing a magnetic stirrer was charged with 10 g of formaldehyde aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, formaldehyde concentration 37% by mass, formaldehyde amount 3.7 g) and 5 g of 1M ammonia water (Kanto Chemical). And mixed with stirring at room temperature. To the obtained mixture, 8.0 g of melamine (made by Wako Pure Chemical Industries, special grade) was added all at once at room temperature, and then the temperature was raised from room temperature to 80 ° C. over 5 minutes while stirring the mixture in the atmosphere. The mixture was further stirred at 80 ° C. for 40 minutes. With the progress of the N-methylolation reaction, the solid melamine dispersed at the beginning of the addition disappeared, and 23.0 g of a uniform methylolmelamine aqueous solution was obtained.
1 g was collected from the obtained methylolmelamine aqueous solution and dried at 100 ° C. for 60 minutes to obtain 500 mg of a solid. The obtained solid is an average of 2 methylol melamines per molecule from 1 H-NMR spectrum (that is, methylol melamine having 2 hydroxymethyl groups (—CH 2 OH) on average). It was confirmed. In the 1 H-NMR spectrum, no peak derived from another compound was observed. From this result, the said methylol melamine content in the obtained methylol melamine aqueous solution was determined to be 50 mass%.

3.窒素含有多孔質炭素または粉砕ケッチェンブラックの製造
[実施例1]
還流管を付し、磁気撹拌子を入れた容量100mLの三口フラスコに、製造例3で得られたブロック共重合体(Z)−1の水分散液12.1g(ブロック共重合体(Z)−1:1.43g含有)を添加した後、該水分散液を撹拌しながら大気下で80℃に昇温し、製造例4で得られたメチロールメラミン水溶液4.7g(メチロールメラミン:2.35g含有)を一括で添加して、水分散液を調製した、重合前の水分散液のpH=7.8)。得られた水分散液をさらに80℃にて30分間攪拌することによって、メチロールメラミンを重合し、ゲル状の混合物を得た(第1工程)。該混合物を三口フラスコからテフロン容器上に取り出して磁気攪拌子を除去した後、大気下にて100℃に昇温した後、100℃で1時間加熱することによって水を除去して、重合体組成物3.4gを得た(第2工程)。次いで5mmφのビーズを用い、400回転で2時間、重合体組成物の粉砕処理を実施し、粒径20μmの重合体組成物を得た。粉砕した重合体組成物1.0gを、窒素雰囲気下にて2.7℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、粉末状の窒素含有多孔質炭素を得た(第3工程)。得られた窒素含有多孔質炭素に3.5gのエタノールを添加し、2mmφのビーズを用い、400回転で2時間粉砕処理を実施した。100℃、1時間加熱することで溶媒を留去して窒素含有多孔質炭素(以下「担体(1)」と称する)106mgを得た。担体(1)の細孔分布曲線の最大強度は他の全てのピークの高さに対して2倍以上であり、最大ピークの半値幅は9nmであった。
3. Production of nitrogen-containing porous carbon or ground ketjen black [Example 1]
A 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube and containing a magnetic stir bar was charged with 12.1 g of an aqueous dispersion of the block copolymer (Z) -1 obtained in Production Example 3 (block copolymer (Z)). −1: 1.43 g) was added, and the aqueous dispersion was heated to 80 ° C. in the atmosphere while stirring, and 4.7 g of methylol melamine aqueous solution obtained in Production Example 4 (methylol melamine: 2. 35 g containing) was added all at once to prepare an aqueous dispersion. The pH of the aqueous dispersion before polymerization was 7.8). The obtained aqueous dispersion was further stirred at 80 ° C. for 30 minutes to polymerize methylolmelamine to obtain a gel-like mixture (first step). The mixture was taken out from the three-necked flask onto a Teflon container and the magnetic stirrer was removed. Then, the temperature was raised to 100 ° C. in the atmosphere, and then the water was removed by heating at 100 ° C. for 1 hour to obtain a polymer composition. 3.4 g of product was obtained (second step). Subsequently, the polymer composition was pulverized at 400 rpm for 2 hours using 5 mmφ beads to obtain a polymer composition having a particle size of 20 μm. 1.0 g of the pulverized polymer composition was heated to 1000 ° C. at a heating rate of 2.7 ° C./min in a nitrogen atmosphere, heated at 1000 ° C. for 1 hour, and then cooled at 7 ° C./min. To 25 ° C. to obtain powdered nitrogen-containing porous carbon (third step). 3.5 g of ethanol was added to the obtained nitrogen-containing porous carbon, and pulverization was performed for 2 hours at 400 rpm using beads of 2 mmφ. The solvent was distilled off by heating at 100 ° C. for 1 hour to obtain 106 mg of nitrogen-containing porous carbon (hereinafter referred to as “support (1)”). The maximum intensity of the pore distribution curve of the carrier (1) was more than twice the height of all the other peaks, and the half width of the maximum peak was 9 nm.

[実施例2]
実施例1と同様にして製造および粉砕した重合体組成物1.0gを、窒素雰囲気下にて2.7℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、粉末を得た(第3工程(1回目))。得られた粉末に3.5gのエタノールを添加し、2mmφのビーズを用い、400回転で2時間粉砕処理を実施した後、100℃、1時間加熱することで溶媒を留去した。次いで、窒素雰囲気下にて10℃/分の昇温速度で1200℃まで昇温し、1200℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、窒素含有多孔質炭素(以下「担体(2)」と称する)85mgを得た(第3工程(2回目))。担体(2)の細孔分布曲線の最大強度は他の全てのピークの高さに対して2倍以上であり、最大ピークの半値幅は10nmであった。
[Example 2]
1.0 g of a polymer composition produced and pulverized in the same manner as in Example 1 was heated to 1000 ° C. at a heating rate of 2.7 ° C./min in a nitrogen atmosphere and heated at 1000 ° C. for 1 hour. Then, it cooled to 25 degreeC with the cooling rate of 7 degreeC / min, and obtained powder (3rd process (1st time)). 3.5 g of ethanol was added to the obtained powder, and 2 mmφ beads were used for grinding for 2 hours at 400 rpm. Then, the solvent was distilled off by heating at 100 ° C. for 1 hour. Next, the temperature was raised to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, heated at 1200 ° C. for 1 hour, then cooled to 25 ° C. at a rate of 7 ° C./min, and the nitrogen-containing porous material 85 mg of carbon (hereinafter referred to as “support (2)”) was obtained (third step (second time)). The maximum intensity of the pore distribution curve of the carrier (2) was more than twice the height of all the other peaks, and the half width of the maximum peak was 10 nm.

[実施例3]
第3工程(1回目)の加熱温度を1000℃から800℃に、加熱雰囲気を窒素雰囲気下から二酸化炭素雰囲気下に変更したこと以外は実施例2と同様にして、窒素含有多孔質炭素(以下「担体(3)」と称する)51mgを得た。担体(3)の細孔分布曲線の最大強度は他の全てのピークの高さに対して1.4倍以上であり、最大ピークの半値幅は13nmであった。
[Example 3]
The nitrogen-containing porous carbon (hereinafter referred to as “Example 3”) except that the heating temperature in the third step (first time) was changed from 1000 ° C. to 800 ° C. and the heating atmosphere was changed from a nitrogen atmosphere to a carbon dioxide atmosphere. 51 mg) (referred to as “carrier (3)”) was obtained. The maximum intensity of the pore distribution curve of the carrier (3) was at least 1.4 times the height of all other peaks, and the half width of the maximum peak was 13 nm.

[比較例1]
還流管を付し、磁気攪拌子を入れた容量100mLの三口フラスコに、0.1Mの塩酸(和光純薬工業製)を24.6g入れて攪拌しながら大気下で80℃に昇温し、そこに製造例4で得られたメチロールメラミン水溶液9.3gを一括で添加して50分攪拌することによってメラミン樹脂を合成した。該メラミン樹脂を三口フラスコからテフロン容器上に取り出して磁気攪拌子を除去した後、大気下にて100℃に昇温し、1時間加熱することによって水を除去し、メラミン樹脂3.9gを得た。次いで5mmφのビーズを用い、400回転で2時間、メラミン樹脂の粉砕処理を実施した。粉砕したメラミン樹脂1.5gを、窒素雰囲気下にて2.7℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、窒素含有多孔質炭素を得た。得られた窒素含有多孔質炭素に3.5gのエタノールを添加し、2mmφのビーズを用いて400回転で14時間粉砕処理を実施した。100℃で1時間加熱することで溶媒を留去して窒素含有多孔質炭素(以下「担体(4)」と称する)142mgを得た。
[Comparative Example 1]
24.6 g of 0.1M hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to a 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube and a magnetic stir bar, and the temperature was raised to 80 ° C. in the atmosphere while stirring. Thereto, 9.3 g of the methylolmelamine aqueous solution obtained in Production Example 4 was added all at once, and the mixture was stirred for 50 minutes to synthesize a melamine resin. The melamine resin was taken out from the three-necked flask onto a Teflon container and the magnetic stirrer was removed. Then, the temperature was raised to 100 ° C. in the atmosphere, and the water was removed by heating for 1 hour to obtain 3.9 g of melamine resin. It was. Next, the melamine resin was pulverized at 400 rpm for 2 hours using 5 mmφ beads. 1.5 g of pulverized melamine resin was heated to 1000 ° C. at a heating rate of 2.7 ° C./min in a nitrogen atmosphere, heated at 1000 ° C. for 1 hour, and then cooled at a cooling rate of 7 ° C./min. After cooling to 0 ° C., nitrogen-containing porous carbon was obtained. 3.5 g of ethanol was added to the obtained nitrogen-containing porous carbon, and pulverization was performed for 14 hours at 400 rpm using beads of 2 mmφ. The solvent was distilled off by heating at 100 ° C. for 1 hour to obtain 142 mg of nitrogen-containing porous carbon (hereinafter referred to as “support (4)”).

[比較例2]
比較例1と同様にして得られた粉砕したメラミン樹脂2.1gを、窒素雰囲気下にて2.7℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、粉末を得た。得られた粉末に3.5gのエタノールを添加し、2mmφのビーズを用いて400回転で14時間粉砕処理を実施した後、100℃で1時間加熱することで溶媒を留去した。次いで、窒素雰囲気下にて10℃/分の昇温速度で1200℃まで昇温し、1200℃で1時間加熱した後、7℃/分の冷却速度で25℃まで冷却し、窒素含有多孔質炭素(以下「担体(5)」と称する)109mgを得た。
[Comparative Example 2]
After 2.1 g of pulverized melamine resin obtained in the same manner as in Comparative Example 1 was heated to 1000 ° C. at a heating rate of 2.7 ° C./min in a nitrogen atmosphere and heated at 1000 ° C. for 1 hour. And cooled to 25 ° C. at a cooling rate of 7 ° C./min to obtain a powder. 3.5 g of ethanol was added to the obtained powder, and pulverization was performed at 400 rpm for 14 hours using 2 mmφ beads, and then the solvent was distilled off by heating at 100 ° C. for 1 hour. Next, the temperature was raised to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, heated at 1200 ° C. for 1 hour, then cooled to 25 ° C. at a rate of 7 ° C./min, and the nitrogen-containing porous material 109 mg of carbon (hereinafter referred to as “support (5)”) was obtained.

[比較例3]
第3工程の加熱温度を1000℃から800℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、窒素含有多孔質炭素(以下「担体(6)」と称する)125mgを得た。
[Comparative Example 3]
125 mg of nitrogen-containing porous carbon (hereinafter referred to as “support (6)”) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the third step was changed from 1000 ° C. to 800 ° C.

[比較例4]
ライオン株式会社から購入したケッチェンブラック(「EC300」)を乳鉢で粉砕して、粉砕ケッチェンブラック(以下「担体(7)」と称する)を得た。
[Comparative Example 4]
Ketjen black ("EC300") purchased from Lion Corporation was pulverized in a mortar to obtain pulverized ketjen black (hereinafter referred to as "carrier (7)").

4.担体の特性評価
(1)比表面積、細孔容積および細孔分布曲線の最大ピークにおける細孔径の測定
実施例1〜3および比較例1〜4で得られた担体(1)〜担体(7)を、1Paにて100℃で6時間乾燥処理した。次いで、自動比表面積/細孔分布測定装置(日本ベル製「BELSORP−miniII」)を使用し、乾燥処理後の担体(1)〜担体(7)の窒素吸脱着等温線を測定した。得られた窒素吸着等温線から、BJH法を用いて、細孔分布曲線を作成し、該乾燥処理後の担体(1)〜担体(7)の細孔径5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積、細孔容積および細孔分布曲線の最大ピークにおける細孔径を算出した。結果を表1に示す。
4). Characteristic Evaluation of Carrier (1) Measurement of pore diameter at maximum peak of specific surface area, pore volume and pore distribution curve Carriers (1) to carrier (7) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 Was dried at 100 ° C. for 6 hours at 1 Pa. Subsequently, the nitrogen adsorption and desorption isotherm of the carrier (1) to the carrier (7) after the drying treatment was measured using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (“BELSORP-miniII” manufactured by Nippon Bell). A pore distribution curve is prepared from the obtained nitrogen adsorption isotherm using the BJH method, and pores in the pore diameter range of 5 to 260 nm of the carrier (1) to the carrier (7) after the drying treatment are prepared. The pore diameter at the maximum peak of the total specific surface area, pore volume and pore distribution curve was calculated. The results are shown in Table 1.

(2)元素分析
元素分析装置(Perkin Elmer製「2400II型」)を用いて、実施例1〜3および比較例1〜4で得られた担体(1)〜担体(7)のCHN元素分析を行い、炭素原子、水素原子および窒素原子の含有量、並びに窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)および水素原子と炭素原子との原子比(H/C)を算出した。結果を表1に示す。
(2) Elemental analysis CHN elemental analysis of the carriers (1) to (7) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 was performed using an elemental analyzer ("2400II type" manufactured by Perkin Elmer). The content of carbon atoms, hydrogen atoms, and nitrogen atoms, the atomic ratio of nitrogen atoms to carbon atoms (N / C), and the atomic ratio of hydrogen atoms to carbon atoms (H / C) were calculated. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、担体(1)、(2)、(3)、(6)および(7)は、細孔径が5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が100m/g以上であった。 As shown in Table 1, the carriers (1), (2), (3), (6) and (7) have a total specific surface area of 100 m 2 / g of pores having a pore diameter in the range of 5 to 260 nm. That was all.

また、担体(1)、(2)、(3)および(6)の細孔分布曲線では、14〜19nm付近にシャープな最大ピークが観測されており、細孔分布の均一性が高いことが確認された。担体(1)の窒素含有多孔質炭素の細孔分布曲線を図1に、走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。この走査型電子顕微鏡写真から、本発明の窒素含有多孔質炭素である担体(1)には多数の細孔が存在することが確認された。   In the pore distribution curves of the carriers (1), (2), (3) and (6), a sharp maximum peak is observed in the vicinity of 14 to 19 nm, and the uniformity of the pore distribution is high. confirmed. A pore distribution curve of nitrogen-containing porous carbon of the support (1) is shown in FIG. 1, and a scanning electron micrograph is shown in FIG. From this scanning electron micrograph, it was confirmed that the carrier (1) which is the nitrogen-containing porous carbon of the present invention has a large number of pores.

表1に示すように、担体(1)、(2)、(3)、(4)、(5)および(7)の炭素原子の含有量は80質量%以上であったが、担体(6)の炭素原子の含有量は80質量%未満であった。その理由としては、比較例3では、第3工程における加熱温度が窒素雰囲気下で800℃と低かったために、炭素化の進行度が不十分であったと想定される。加熱温度の上昇に伴い、炭素骨格中に導入された窒素原子の割合は低下する傾向にあるが、担体(1)、(2)および(3)は2〜7質量%の窒素原子が含有されていた。   As shown in Table 1, the content of carbon atoms in the carriers (1), (2), (3), (4), (5) and (7) was 80% by mass or more. ) Content of carbon atoms was less than 80% by mass. As the reason, in Comparative Example 3, since the heating temperature in the third step was as low as 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, it is assumed that the progress of carbonization was insufficient. As the heating temperature increases, the proportion of nitrogen atoms introduced into the carbon skeleton tends to decrease, but the carriers (1), (2) and (3) contain 2 to 7% by mass of nitrogen atoms. It was.

5.触媒の製造
[実施例4]
実施例1で得られた担体(1)75.8mgを100mLのナスフラスコに入れて、そこに白金(II)アセチルアセトナート(シグマアルドリッチ製)の10質量%塩化メチレン溶液1.57g(白金(II)アセチルアセトナート:157mg相当)を加えた後、乾燥して塩化メチレンが無くなるまで、混合物に超音波照射を行った。乾燥して得られた混合物をアルミナボートにいれ、窒素雰囲気下にて1℃/分の昇温速度で210℃まで昇温し、210℃で3時間加熱し、次いで1℃/分の昇温速度で240℃まで昇温し、240℃で3時間加熱し、次いで5℃/分の冷却速度で25℃まで冷却することで、触媒138mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は39.3質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.2nmであった。
5). Catalyst production
[Example 4]
75.8 mg of the carrier (1) obtained in Example 1 was placed in a 100 mL eggplant flask, and 1.57 g of a 10 mass% methylene chloride solution of platinum (II) acetylacetonate (manufactured by Sigma Aldrich) was added thereto (platinum ( II) Acetylacetonate (corresponding to 157 mg) was added, and the mixture was then irradiated with ultrasound until it was dried and free of methylene chloride. The mixture obtained by drying is put into an alumina boat, heated to 210 ° C. at a heating rate of 1 ° C./min in a nitrogen atmosphere, heated at 210 ° C. for 3 hours, and then heated at 1 ° C./min. The temperature was raised to 240 ° C. at a rate, heated at 240 ° C. for 3 hours, and then cooled to 25 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./min to obtain 138 mg of a catalyst. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 39.3% by mass. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle size of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[実施例5]
実施例2で得られた担体(2)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒156mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は39.2質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.1nmであった。
[Example 5]
156 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (2) obtained in Example 2 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 39.2% by mass. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle diameter of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[実施例6]
実施例3で得られた担体(3)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒135mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は38.3質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.1nmであった。
[Example 6]
135 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (3) obtained in Example 3 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 38.3 mass%. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle diameter of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[比較例5]
比較例1で得られた担体(4)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒123mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は35.6質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.1nmであった。
[Comparative Example 5]
123 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (4) obtained in Comparative Example 1 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 35.6% by mass. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle diameter of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[比較例6]
比較例2で得られた担体(5)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒116mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は33.0質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.2nmであった。
[Comparative Example 6]
116 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (5) obtained in Comparative Example 2 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 33.0% by mass. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle size of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[比較例7]
比較例3で得られた担体(6)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒131mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は38.5質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.2nmであった。
[Comparative Example 7]
131 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (6) obtained in Comparative Example 3 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 38.5% by mass. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle size of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation.

[比較例8]
比較例4で得られた担体(7)を用いた以外は実施例4と同様にして、触媒149mgを得た。大気下で触媒の熱重量測定を行い、触媒中の白金の含有量は42.3質量%であった。また、触媒のX線回折を測定し、得られた白金の(111)回折ピークからSherrerの式を用いて白金の粒径を算出したところ2.0nmであった。
[Comparative Example 8]
149 mg of catalyst was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carrier (7) obtained in Comparative Example 4 was used. The thermogravimetric measurement of the catalyst was performed in the atmosphere, and the platinum content in the catalyst was 42.3 mass%. Further, the X-ray diffraction of the catalyst was measured, and the particle size of platinum was calculated from the (111) diffraction peak of the obtained platinum using the Serrer equation, and found to be 2.0 nm.

6.触媒の特性評価
触媒活性および触媒耐久性の評価は、燃料電池実用化推進協議会から提案されている手法に準じて行った(固体高分子型燃料電池の目標・研究開発課題と評価方法の提案 平成23年1月 燃料電池実用化推進協議会)。
6). Evaluation of catalyst characteristics Evaluation of catalyst activity and catalyst durability was conducted according to the method proposed by the Council for Promotion of Practical Use of Fuel Cells (Proposal of Solid Polymer Polymer Fuel Cell Targets, R & D Issues, and Evaluation Methods) January 2011 Fuel Cell Commercialization Promotion Council).

(1)触媒活性の評価
(i)触媒インクの製造
2−プロパノール1.17g(和光純薬工業製)と 超純水4.75gに、触媒5.56mgを混合して、さらに高分子電解質として、ナフィオン分散溶液30μL(和光純薬工業製 DE520CSタイプ ナフィオン濃度5質量%)を加えた後、30分間超音波処理(株式会社SMT製 UH−600)することで触媒インクを製造した。
(1) Evaluation of catalyst activity (i) Manufacture of catalyst ink A mixture of 1.17 g of 2-propanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 4.75 g of ultrapure water was mixed with 5.56 mg of catalyst to obtain a polymer electrolyte. Then, 30 μL of Nafion dispersion solution (DE520CS type, Nafion concentration: 5% by mass, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, followed by ultrasonic treatment (UH-600, manufactured by SMT Co., Ltd.) for 30 minutes to produce a catalyst ink.

(ii)電極の製造
0.05μmのアルミナ粉末を用いてバフ研磨した円盤状(直径6mm)のグラッシーカーボン(日厚計測製)に前記触媒インクを白金含有量が16μg/cmとなるように塗布し、60℃で85%RHの調湿条件下で1時間乾燥後、100℃で1時間乾燥することで電極を製造した。
(Ii) Manufacture of electrode The catalyst ink is made into a disc-like (diameter 6 mm) glassy carbon (manufactured by Nisatsu Gakko) buffed with 0.05 μm alumina powder so that the platinum content becomes 16 μg / cm 2. The electrode was manufactured by applying and drying at 60 ° C. under a humidity control condition of 85% RH for 1 hour and then drying at 100 ° C. for 1 hour.

(iii)触媒活性の測定
触媒活性の評価は、標準的な3電極電気化学セルを用いて、回転ディスク電極法(RDE)により行った。詳細には、前記の電極、対極として白金(日厚計測製)、参照極としてダブルジャンクション銀・塩化銀参照電極(ECO CHEMIE製)を用い、0.1M過塩素酸溶液中でポテンショスタット(IVIUM TECHNOLOGIES製 COMPACTSTAT)により触媒活性を評価した。電極は、予め掃引速度50mV/秒、0.05V〜1.2V(vs RHE)、窒素雰囲気下、25℃で、50サイクル走査した。この前処理を行った後、酸素雰囲気下で直線走査ボルタンメトリーを、掃引速度10mV/秒、0.17V〜1.21V(vsRHE、正方向掃)で、400、900、1600、2500rpmと回転速度を変えて、各々の電流値を測定した。酸素拡散の補正にはKoutecky−Levichプロットを用い、0.9Vでの白金1gあたりの電流値を触媒活性(質量活性)として求めた。結果を表2に示す。
(Iii) Measurement of catalytic activity The catalytic activity was evaluated by the rotating disk electrode method (RDE) using a standard three-electrode electrochemical cell. Specifically, using the above electrode, platinum (manufactured by Nisshin Kogyo) as a counter electrode, and a double junction silver / silver chloride reference electrode (manufactured by ECO CHEMIE) as a reference electrode, a potentiostat (IVIUM) in 0.1 M perchloric acid solution. The catalytic activity was evaluated by COMPACTSTAT (TECHNOLOGIES). The electrodes were scanned in advance for 50 cycles at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere at a sweep rate of 50 mV / sec, 0.05 V to 1.2 V (vs RHE). After this pretreatment, linear scanning voltammetry was performed in an oxygen atmosphere at a sweep rate of 10 mV / sec, 0.17 V to 1.21 V (vsRHE, forward sweep), and rotation speeds of 400, 900, 1600, 2500 rpm. Each current value was measured while changing. For correction of oxygen diffusion, a Koutecky-Levic plot was used, and the current value per 1 g of platinum at 0.9 V was determined as the catalyst activity (mass activity). The results are shown in Table 2.

表2に示すように、実施例4〜6および比較例8の触媒は触媒活性(質量活性)が高い。また表1および2に示すように、担体である窒素含有多孔質炭素の5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が増えると、触媒活性(質量活性)が向上する傾向が確認された。一方で、比較例5〜7の触媒は触媒活性が劣っていた。比較例5および6の触媒活性が低い理由としては、担体である窒素含有多孔質炭素の5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が少ないためであると推定される。また、比較例7の触媒活性が低い理由は、担体である窒素含有多孔質炭素の炭素原子の含有量が低く、その導電性が低いことに起因すると推定される。   As shown in Table 2, the catalysts of Examples 4 to 6 and Comparative Example 8 have high catalytic activity (mass activity). In addition, as shown in Tables 1 and 2, when the total specific surface area of the pores in the range of 5 to 260 nm of the nitrogen-containing porous carbon that is the support is increased, a tendency to improve the catalytic activity (mass activity) was confirmed. . On the other hand, the catalysts of Comparative Examples 5 to 7 were inferior in catalytic activity. The reason why the catalytic activities of Comparative Examples 5 and 6 are low is presumed to be that the total specific surface area of the pores in the range of 5 to 260 nm of the nitrogen-containing porous carbon that is the support is small. The reason why the catalytic activity of Comparative Example 7 is low is presumed to be due to the low carbon atom content of the nitrogen-containing porous carbon that is the carrier and the low conductivity.

(2)触媒耐久性の評価
触媒耐久性の評価は、標準的な3電極電気化学セルを用いて行った。詳しくは、実施例5および比較例8の触媒から前記(1)の方法で製造した電極、対極として白金電極(日厚計測製)、参照極としてダブルジャンクション銀・塩化銀参照電極(ECO CHEMIE製)を用い、0.1M過塩素酸溶液中でポテンショスタット(IVIUM TECHNOLOGIES製 COMPACTSTAT)により、触媒耐久性を評価した。
(2) Evaluation of catalyst durability Evaluation of catalyst durability was performed using a standard three-electrode electrochemical cell. Specifically, an electrode manufactured by the method of (1) above from the catalyst of Example 5 and Comparative Example 8, a platinum electrode (manufactured by Nisatsu Kogyo) as a counter electrode, and a double junction silver / silver chloride reference electrode (manufactured by ECO CHEMIE) as a reference electrode The catalyst durability was evaluated with a potentiostat (COMPACTSTAT manufactured by IVIUM TECHNOLOGIES) in a 0.1 M perchloric acid solution.

電極は、予め掃引速度50mV/秒、0.05V〜1.2V(vs RHE)、窒素雰囲気下、25℃で、50サイクル走査した。この前処理を行った後、掃引速度50mV/秒、0.05V〜1.2V(vs RHE)、窒素雰囲気下、25℃の条件でサイクリックボルタンメトリーを3サイクル行い、3サイクル目のサイクリックボルタンメトリーの水素吸着波より白金の電気化学的有効表面積(ECSA)を算出した。
その後、0.6Vを3秒間、1Vを3秒間の電位サイクルを、合計40000サイクルを繰り返した、前記と同様にして40000サイクル目のECSAを算出した。
3サイクル目のECSAおよび40000サイクル目のECSAから、触媒耐久性の指標として、ECSA維持率(%)(=100×40000サイクル目のECSA/3サイクル目のECSA)を算出した。
The electrodes were scanned in advance for 50 cycles at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere at a sweep rate of 50 mV / sec, 0.05 V to 1.2 V (vs RHE). After performing this pretreatment, 3 cycles of cyclic voltammetry were performed under conditions of a sweep rate of 50 mV / sec, 0.05 V to 1.2 V (vs RHE), and a nitrogen atmosphere at 25 ° C. The electrochemical effective surface area (ECSA) of platinum was calculated from the hydrogen adsorption wave.
Thereafter, the ECSA at the 40000th cycle was calculated in the same manner as described above, in which a potential cycle of 0.6V for 3 seconds and 1V for 3 seconds was repeated for a total of 40000 cycles.
From the ECSA at the third cycle and the ECSA at the 40,000 cycle, an ECSA maintenance ratio (%) (= 100 × 40000 cycle ECSA / third cycle ECSA) was calculated as an index of catalyst durability.

実施例5の触媒(担体(2):窒素含有多孔質炭素)から得られた電極のECSA維持率は59%であり、比較例8の触媒(担体(7):ケッチェンブラック)から得られた電極のECSA維持率は49%であった。実施例5の触媒の耐久性(ECSA維持率)が高い理由としては、窒素原子が窒素含有多孔質炭素への白金の吸着を強め、その凝集を抑制したためであると推定される。   The ECSA maintenance rate of the electrode obtained from the catalyst of Example 5 (support (2): nitrogen-containing porous carbon) was 59%, and was obtained from the catalyst of Comparative Example 8 (support (7): Ketjen Black). The ECSA maintenance rate of the electrode was 49%. The reason why the durability (ECSA maintenance rate) of the catalyst of Example 5 is high is presumed to be that the nitrogen atoms strengthened the adsorption of platinum to the nitrogen-containing porous carbon and suppressed its aggregation.

以上のように、電極に含有される触媒の担体として本発明の窒素含有多孔質炭素を用いると、高い触媒活性と長寿命化を両立することができる。   As described above, when the nitrogen-containing porous carbon of the present invention is used as a carrier for the catalyst contained in the electrode, both high catalytic activity and long life can be achieved.

本発明の窒素含有多孔質炭素は、触媒(特に、固体高分子型燃料電池の電極で使用される触媒)の担体として有用である。   The nitrogen-containing porous carbon of the present invention is useful as a support for a catalyst (particularly, a catalyst used for an electrode of a polymer electrolyte fuel cell).

Claims (4)

細孔径5〜260nmの範囲にある細孔の全比表面積が100m/g以上であり、炭素原子の含有量が80質量%以上であり、窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)が0.005〜0.18である、窒素含有多孔質炭素。 The total specific surface area of the pores in the pore diameter range of 5 to 260 nm is 100 m 2 / g or more, the carbon atom content is 80 mass% or more, and the atomic ratio of nitrogen atoms to carbon atoms (N / C ) Is 0.005 to 0.18 nitrogen-containing porous carbon. 水素原子と炭素原子との原子比(H/C)が0.1以下である、請求項1に記載の窒素含有多孔質炭素。   The nitrogen-containing porous carbon according to claim 1, wherein the atomic ratio (H / C) of hydrogen atoms to carbon atoms is 0.1 or less. 請求項1または2に記載の窒素含有多孔質炭素に触媒金属を担持してなる触媒。   A catalyst comprising a catalyst metal supported on the nitrogen-containing porous carbon according to claim 1. 触媒金属が白金族元素である、請求項3に記載の触媒。   The catalyst according to claim 3, wherein the catalyst metal is a platinum group element.
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