JP2021018190A - Method for analyzing carbon material - Google Patents

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純一 尾崎
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Abstract

To provide a method for analyzing a carbon material, capable of effectively analyzing functional groups included in the carbon material.SOLUTION: The method for analyzing a carbon material comprises: a pretreatment step of subjecting a carbon material that may include a first functional group connected with carbon atoms at the edges of a carbon hexagon net surface, a second functional group and an edge hydrogen atom to hydrogen-deuterium substitution; a first heating step of heating the carbon material at a first temperature after the hydrogen-deuterium substitution to measure a first compound gas formed of the carbon material; a second heating step of heating the carbon material at a second temperature to measure a second compound gas formed of the carbon material; and an evaluation step of evaluating whether or not the carbon material before the hydrogen-deuterium substitution includes one or more functional groups selected from a group consisting of the first and second functional groups on the basis of the measurement results of the first and second compound gases and/or the amount of the one or more functional groups selected from the group consisting of the first and second functional groups included in the carbon material before the hydrogen-deuterium substitution.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、炭素材料の分析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing a carbon material.

特許文献1には、1600℃まで昇温可能な昇温脱離分析装置を用いて得られた炭素触媒の脱離ガス定量結果から、当該炭素触媒の炭素エッジ面の全量を計算し、その量から平均炭素網面サイズLを算出したことが記載されている。非特許文献1及び非特許文献2には、昇温脱離法において1800℃まで昇温したことが記載されている。 In Patent Document 1, the total amount of the carbon edge surface of the carbon catalyst is calculated from the quantification result of the desorbed gas of the carbon catalyst obtained by using a temperature raising desorption analyzer capable of raising the temperature up to 1600 ° C. It is described that the average carbon mesh surface size L was calculated from. Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 describe that the temperature has been raised to 1800 ° C. by the temperature desorption method.

国際公開第2017/209244号International Publication No. 2017/209244

Takafumi Ishii et al. A quantitative analysis of carbon edge sites and an estimation of graphene sheet size in high-temperature treated, non-porous carbons. Carbon 2014; 80: 135-145Takafumi Ishii et al. A quantitative analysis of carbon edge sites and an estimation of graphene sheet size in high-temperature treated, non-porous carbons. Carbon 2014; 80: 135-145 Takafumi Ishii et al. Analysis of trace amounts of edge sites in natural graphite, synthetic graphite and high-temperature treated coke for the understanding of their carbon molecular structures. Carbon 2017; 125: 146-155Takafumi Ishii et al. Analysis of trace amounts of edge sites in natural graphite, synthetic graphite and high-temperature treated coke for the understanding of their carbon molecular structures. Carbon 2017; 125: 146-155

昇温脱離法は、炭素材料の炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している官能基の種類や量を分析する上で有用である。しかしながら従来、昇温脱離法によって区別できない官能基の組み合わせがあった。 The thermal desorption method is useful for analyzing the type and amount of functional groups bonded to carbon atoms at the edges of the carbon hexagonal network surface of carbon materials. However, conventionally, there have been combinations of functional groups that cannot be distinguished by the thermal desorption method.

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、炭素材料に含まれる官能基を効果的に分析することができる炭素材料の分析方法を提供することをその目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of its purposes is to provide an analysis method for a carbon material capable of effectively analyzing a functional group contained in the carbon material.

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る炭素材料の分析方法は、下記(a1)〜(c1)の条件を満たす第一官能基:(a1)前記第一官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b1)前記第一官能基は、重水素原子と置換され得る水素原子であるプロトン性水素原子を含まず、非水素原子を含む;、及び(c1)前記第一官能基は、第一温度での加熱により、熱分解して、前記非水素原子を含む第一化合物ガスを生成する;と、下記(a2)〜(e2)の条件を満たす第二官能基:(a2)前記第二官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b2)前記第二官能基は、プロトン性水素原子と、前記非水素原子とを含む;、(c2)前記第二官能基は、前記第一温度での加熱により、熱分解して、前記第一化合物ガスを生成する;、(d2)前記第二官能基は、前記水素原子が重水素原子に置換された後、前記第一温度での加熱により、熱分解して、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した前記重水素原子を残す;、及び(e2)前記(d2)で残された重水素原子は、前記第一温度と異なる第二温度での加熱により、脱離して、前記重水素原子を含む第二化合物ガスを生成する;と、下記(x)〜(z)の条件を満たす水素原子であるエッジ水素原子:(x)前記エッジ水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(y)前記エッジ水素原子は、重水素原子と置換されない;、及び(z)前記エッジ水素原子は、前記第二温度での加熱により、脱離して、前記水素原子を含み重水素原子を含まない含水素化合物ガスを生成する;と、を含み得る炭素材料に、水素−重水素置換処理を施す前処理工程と、前記前処理工程後、前記炭素材料を前記第一温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第一化合物ガスを測定する第一加熱工程と、前記第一加熱工程後、前記炭素材料を前記第二温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第二化合物ガスを測定する第二加熱工程と、前記第一化合物ガスの測定結果と、前記第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料が前記第一官能基及び前記第二官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記第一官能基及び前記第二官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する評価工程と、を含む。本発明によれば、炭素材料に含まれる官能基を効果的に分析することができる炭素材料の分析方法が提供される。 The method for analyzing a carbon material according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a first functional group satisfying the following conditions (a1) to (c1): (a1) The first functional group is carbon. It is bonded to a carbon atom at the edge of the hexagonal network; (b1) The first functional group does not contain a protonic hydrogen atom, which is a hydrogen atom that can be replaced with a heavy hydrogen atom, but contains a non-hydrogen atom; And (c1) the first functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature to produce the first compound gas containing the non-hydrogen atom; and (a2) to (e2) below. Second functional group satisfying the conditions: (a2) The second functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network; (b2) The second functional group is a protonic hydrogen atom and Including the non-hydrogen atom; (c2) the second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature to produce the first compound gas;, (d2) the second functional group. After the hydrogen atom is replaced with a deuterium atom, the group is thermally decomposed by heating at the first temperature to leave the deuterium atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network ;, And (e2) the deuterium atoms left in (d2) are desorbed by heating at a second temperature different from the first temperature to generate a second compound gas containing the deer hydrogen atoms; Edge hydrogen atom which is a hydrogen atom satisfying the following conditions (x) to (z): (x) The edge hydrogen atom is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network;, (y) The edge hydrogen atom is not replaced with a deuterium; and (z) the edge hydrogen atom is desorbed by heating at the second temperature, and the hydrogen-containing compound containing the hydrogen atom and not containing the deuterium atom. A pretreatment step of applying a hydrogen-hydrogen substitution treatment to a carbon material which may contain gas; and, and after the pretreatment step, the carbon material is heated at the first temperature to be removed from the carbon material. After the first heating step of measuring the generated first compound gas and the first heating step, the carbon material is heated at the second temperature to generate the second compound gas generated from the carbon material. Based on the second heating step to be measured, the measurement result of the first compound gas, and the measurement result of the second compound gas, the carbon material before the hydrogen-heavy hydrogen substitution treatment is the first functional group and Whether or not it contained one or more selected from the group consisting of the second functional group, and / or the first functional group contained in the carbon material before the hydrogen-hydrohydro atom substitution treatment and the said. Select from the group consisting of second functional groups Includes an evaluation step of evaluating one or more quantities to be made. According to the present invention, there is provided an analysis method for a carbon material capable of effectively analyzing a functional group contained in the carbon material.

また、前記第二加熱工程において、前記炭素材料から生成される前記含水素化合物ガスをさらに測定し、前記評価工程において、前記含水素化合物ガスの測定結果に基づいて、前記第一温度での加熱前の前記炭素材料が前記エッジ水素原子を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記エッジ水素原子の量、をさらに評価することとしてもよい。 Further, in the second heating step, the hydrogen-containing compound gas generated from the carbon material is further measured, and in the evaluation step, heating at the first temperature is performed based on the measurement result of the hydrogen-containing compound gas. Whether or not the previous carbon material contained the edge hydrogen atom and / or the amount of the edge hydrogen atom contained in the carbon material before the hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment is further evaluated. It may be that.

また、前記方法において、前記非水素原子は、酸素原子であることとしてもよい。この場合、前記第一官能基は、環状エーテル基であり、前記第二官能基は、フェノール性水酸基であることとしてもよい。さらにこの場合、前記第一化合物ガスは、一酸化炭素であり、前記第二化合物ガスは、重水素化水素、重水素、半重水、及び重水からなる群より選択される1以上であることとしてもよい。また、前記方法において、前記含水素化合物ガスは、水素及び/又は水であることとしてもよい。 Further, in the above method, the non-hydrogen atom may be an oxygen atom. In this case, the first functional group may be a cyclic ether group, and the second functional group may be a phenolic hydroxyl group. Further, in this case, the first compound gas is carbon monoxide, and the second compound gas is one or more selected from the group consisting of hydrogen deuteride, deuterium, semiheavy water, and heavy water. May be good. Further, in the above method, the hydrogen-containing compound gas may be hydrogen and / or water.

また、前記方法において、前記炭素材料は、下記(a3)〜(e3)の条件を満たす第三官能基:(a3)前記第三官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b3)前記第三官能基は、プロトン性水素原子と、前記非水素原子とを含む;、(c3)前記第三官能基は、前記水素原子が重水素原子と置換された後、前記第一温度での加熱により前記第一化合物ガスを生成しない;、(d3)前記第三官能基は、前記水素原子が重水素原子と置換された後、前記第一温度及び前記第二温度と異なる第三温度での加熱により、熱分解して、前記非水素原子を含み前記第一化合物ガス及び前記第二化合物ガスと異なる第三化合物ガスを生成するとともに、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した前記重水素原子を残す;、及び(e3)前記(d3)で残された前記重水素原子は、前記第二温度での加熱により、脱離して、前記第二化合物ガスを生成する;、
をさらに含み得る炭素材料であり、前記炭素材料の分析方法は、前記水素−重水素置換処理後、前記炭素材料を前記第三温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第三化合物ガスを測定する第三加熱工程をさらに含み、前記評価工程において、前記第一化合物ガスの測定結果と、前記第二化合物ガスの測定結果と、前記第三化合物ガスの測定結果とに基づいて、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料が前記第一官能基、前記第二官能基及び前記第三官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記第一官能基、前記第二官能基及び前記第三官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価することとしてもよい。この場合、前記第三官能基は、カルボキシ基であることとしてもよい。さらにこの場合、前記第三化合物ガスは、二酸化炭素であることとしてもよい。
Further, in the method, the carbon material is a third functional group satisfying the following conditions (a3) to (e3): (a3) The third functional group is bonded to a carbon atom at an edge of a carbon hexagonal network surface. ;, (b3) The third functional group contains a protonic hydrogen atom and the non-hydrogen atom; (c3) The third functional group has the hydrogen atom replaced with a deuterium atom. Later, heating at the first temperature does not produce the first compound gas; (d3) the third functional group is the first temperature and the first after the hydrogen atom is replaced with a deuterium atom. By heating at a third temperature different from the second temperature, it is thermally decomposed to generate the first compound gas containing the non-hydrogen atom and the third compound gas different from the second compound gas, and the carbon hexagonal network surface. The deuterium atom bonded to the carbon atom of the edge is left; and (e3) the deuterium atom left in the (d3) is desorbed by heating at the second temperature, and the second compound. Produces gas;
The third compound produced from the carbon material is obtained by heating the carbon material at the third temperature after the hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment. A third heating step for measuring the gas is further included, and in the evaluation step, based on the measurement result of the first compound gas, the measurement result of the second compound gas, and the measurement result of the third compound gas, Whether or not the carbon material before the hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment contained one or more selected from the group consisting of the first functional group, the second functional group and the third functional group, and / or , One or more amounts selected from the group consisting of the first functional group, the second functional group and the third functional group contained in the carbon material before the hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment are evaluated. It may be that. In this case, the third functional group may be a carboxy group. Further, in this case, the third compound gas may be carbon dioxide.

本発明によれば、炭素材料に含まれる官能基を効果的に分析することができる炭素材料の分析方法が提供される。 According to the present invention, there is provided an analysis method for a carbon material capable of effectively analyzing a functional group contained in the carbon material.

炭素材料に含まれる官能基の熱分解による脱離ガス生成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the desorption gas generation by thermal decomposition of a functional group contained in a carbon material. 炭素材料に含まれる官能基の熱分解による脱離ガス生成の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of the desorption gas generation by the thermal decomposition of the functional group contained in a carbon material. 炭素材料に含まれる官能基の熱分解による脱離ガス生成のさらに他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows still another example of the desorption gas generation by the thermal decomposition of a functional group contained in a carbon material. 本発明の一実施形態に係る炭素材料の分析方法の一例に含まれる工程を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the process included in the example of the analysis method of the carbon material which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る炭素材料の分析方法の他の例に含まれる工程を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic | process included in another example of the analysis method of carbon material which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施されていない炭素材料(MSC)について得られた昇温脱離スペクトルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the temperature desorption spectrum obtained about the carbon material (MSC) which has not been subjected to the hydrogen-deuterium substitution treatment in the Example which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施されていない炭素材料(MSC)について得られた昇温脱離スペクトルの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the temperature desorption spectrum obtained about the carbon material (MSC) which has not been subjected to the hydrogen-deuterium substitution treatment in the Example which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの一例を示す説明図である。In the embodiment according to one embodiment of the present invention, the hydrogen - is an explanatory diagram showing an example of the obtained Atsushi Nobori spectrum of the deuterium replacement process performed carbon material (MSC (D 2 O)) . 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの他の例を示す説明図である。In the embodiment according to one embodiment of the present invention, the hydrogen - an explanatory view showing another example of Atsushi Nobori spectra obtained for deuterium replacement process performed carbon material (MSC (D 2 O)) is there. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC−O(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの一例を示す説明図である。In the embodiment according to one embodiment of the present invention, the hydrogen - explanatory view showing an example of the obtained Atsushi Nobori spectrum of the deuterium replacement process performed carbon material (MSC-O 2 (D 2 O)) Is. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC−O(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの他の例を示す説明図である。In the embodiment according to one embodiment of the present invention, the hydrogen - shows another example of Atsushi Nobori spectra obtained for the carbon material to deuterium substitution process is performed (MSC-O 2 (D 2 O)) It is explanatory drawing. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC−H(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの一例を示す説明図である。In the example according to the embodiment of the present invention, an example of the temperature desorption spectrum obtained for the carbon material (MSC-H 2 O 2 (D 2 O)) subjected to the hydrogen-deuterium substitution treatment is shown. It is explanatory drawing. 本発明の一実施形態に係る実施例において、水素−重水素置換処理が施された炭素材料(MSC−H(DO))について得られた昇温脱離スペクトルの他の例を示す説明図である。Another example of the thermal desorption spectrum obtained for a carbon material (MSC-H 2 O 2 (D 2 O)) subjected to a hydrogen-deuterium substitution treatment in an example according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows. 本発明の一実施形態に係る実施例において得られた、昇温脱離法による定量結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the quantitative result by the temperature desorption method obtained in the Example which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る実施例において、昇温脱離法による定量結果から炭素材料の官能基含有量を算出した結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the result of having calculated the functional group content of a carbon material from the quantitative result by the temperature desorption method in the Example which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は本実施形態で示す例に限られない。 An embodiment of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the example shown in the present embodiment.

昇温脱離(TPD)法は、炭素材料の炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している官能基の種類及び量を分析する上で有用である。しかしながら従来、例えば、環状エーテル基とフェノール性水酸基とをTPD法によって区別して分析することは困難であった。 The thermal desorption (TPD) method is useful for analyzing the type and amount of functional groups bonded to carbon atoms at the edges of the carbon hexagonal network of carbon materials. However, conventionally, for example, it has been difficult to distinguish and analyze a cyclic ether group and a phenolic hydroxyl group by the TPD method.

すなわち、図1Aに示すように、炭素材料に含まれる炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した環状エーテル基及びフェノール性水酸基は、加熱されると同一の温度で熱分解し、且つ、一酸化炭素(CO)という同一の脱離ガスを生成するため、当該温度における脱離ガスの種類及び量によって当該炭素材料に含まれていた環状エーテル基とフェノール性水酸基とを区別して分析することは困難であった。 That is, as shown in FIG. 1A, the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network contained in the carbon material are thermally decomposed at the same temperature when heated, and one. Since the same desorbed gas called carbon oxide (CO) is generated, it is not possible to distinguish between the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group contained in the carbon material according to the type and amount of the desorbed gas at the temperature. It was difficult.

この点、図1Bに示すように、フェノール性水酸基は、熱分解して一酸化炭素を生成する際、当該フェノール性水酸基に含まれていた水素原子を、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した水素原子として、炭素材料に残す。 In this regard, as shown in FIG. 1B, when the phenolic hydroxyl group is thermally decomposed to generate carbon monoxide, the hydrogen atom contained in the phenolic hydroxyl group is converted into a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface. It is left in the carbon material as a bonded hydrogen atom.

そこで、図1Bに示すように、まず環状エーテル基及びフェノール性水酸基を第一温度での加熱により熱分解して一酸化炭素を生成し、次いで、当該第一温度と異なる第二温度で加熱することにより、当該フェノール性水酸基に由来する、エッジの炭素原子に結合した水素原子を脱離させ、脱離した当該水素原子を含む水素(H)を測定することで、当該環状エーテル基とフェノール性水酸基とを区別することも考えられる。 Therefore, as shown in FIG. 1B, the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group are first thermally decomposed by heating at the first temperature to generate carbon monoxide, and then heated at a second temperature different from the first temperature. Thereby, the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the edge derived from the phenolic hydroxyl group is desorbed, and the hydrogen (H 2 ) containing the desorbed hydrogen atom is measured to obtain the cyclic ether group and phenol. It is also possible to distinguish it from the sex hydroxyl group.

しかしながら、図1Cに示すように、炭素材料が、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合しているエッジ水素原子を含む場合、第二温度での加熱によって当該エッジ水素原子に由来する水素(H)も生成されるため、当該水素(H)の測定によって環状エーテル基とフェノール性水酸基とを区別して分析することも困難である。 However, as shown in FIG. 1C, when the carbon material contains an edge hydrogen atom bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network, hydrogen derived from the edge hydrogen atom by heating at the second temperature ( Since H 2 ) is also produced, it is difficult to distinguish between the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group by measuring the hydrogen (H 2 ).

本発明の発明者らは、上記課題を解決するための技術的手段について鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。図2には、本実施形態に係る炭素材料の分析方法(以下、「本方法」という。)の一例に含まれる工程を概略的に示す。 The inventors of the present invention have completed the present invention as a result of diligent studies on technical means for solving the above problems. FIG. 2 schematically shows a step included in an example of the carbon material analysis method (hereinafter, referred to as “the present method”) according to the present embodiment.

本方法は、第一官能基(図2に示す環状エーテル基に相当する官能基)と、第二官能基(図2に示すフェノール性水酸基に相当する官能基)とを含み得る炭素材料に、水素−重水素置換処理(以下、「H−D置換処理」という。)(図2に示す「H−D置換」に相当する処理)を施す前処理工程と、当該前処理工程後、当該炭素材料を第一温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第一化合物ガスを測定する第一加熱工程と、当該第一温度での加熱後、当該炭素材料を当該第一温度と異なる第二温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第二化合物ガスを測定する第二加熱工程と、当該第一化合物ガスの測定結果と、当該第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、当該H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、当該H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する評価工程と、を含む。 In this method, a carbon material that can contain a first functional group (a functional group corresponding to the cyclic ether group shown in FIG. 2) and a second functional group (a functional group corresponding to a phenolic hydroxyl group shown in FIG. 2) can be added to a carbon material. A pretreatment step of performing a hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment (hereinafter referred to as "HD substitution treatment") (a treatment corresponding to "HD substitution" shown in FIG. 2), and after the pretreatment step, the carbon. A first heating step in which the material is heated at the first temperature and the first compound gas produced from the carbon material is measured, and after heating at the first temperature, the carbon material is different from the first temperature. Based on the second heating step of heating at two temperatures and measuring the second compound gas generated from the carbon material, the measurement result of the first compound gas, and the measurement result of the second compound gas, Whether or not the carbon material before the HD substitution treatment contained one or more selected from the group consisting of the first functional group and the second functional group, and / or the carbon before the HD substitution treatment. It comprises an evaluation step of evaluating one or more amounts selected from the group consisting of primary and secondary functional groups contained in the material.

第一官能基は、下記(a1)〜(c1)の条件を満たす:(a1)第一官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b1)第一官能基は、重水素原子と置換され得る水素原子であるプロトン性水素原子を含まず、非水素原子(図2に示す環状エーテル基の酸素原子に相当する原子)を含む;、及び(c1)第一官能基は、第一温度での加熱(図2に示す「第一加熱」に相当する加熱)により、熱分解して、当該非水素原子を含む第一化合物ガス(図2に示す環状エーテル基に由来する一酸化炭素(CO)に相当するガス)を生成する。 The first functional group satisfies the following conditions (a1) to (c1): (a1) the first functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface; (b1) first functional group. The group does not contain a protonic hydrogen atom, which is a hydrogen atom that can be replaced with a heavy hydrogen atom, but contains a non-hydrogen atom (an atom corresponding to the oxygen atom of the cyclic ether group shown in FIG. 2); and (c1) th. The monofunctional group is thermally decomposed by heating at the first temperature (heating corresponding to the "first heating" shown in FIG. 2), and the first compound gas containing the non-hydrogen atom (cyclic ether shown in FIG. 2). A gas corresponding to carbon monoxide (CO) derived from an atom) is produced.

第二官能基は、下記(a2)〜(e2)の条件を満たす:(a2)第二官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b2)第二官能基は、プロトン性水素原子(図2に示すフェノール性水酸基の水素原子に相当する水素原子)と、第一官能基に含まれる非水素原子と同一種の非水素原子(図2に示すフェノール性水酸基の酸素原子に相当する原子)とを含む;、(c2)第二官能基は、第一温度での加熱により、熱分解して、第一化合物ガス(図2に示すフェノール性水酸基に由来する一酸化炭素(CO)に相当するガス)を生成する;、(d2)第二官能基は、水素原子が重水素原子に置換された後、第一温度での加熱により、熱分解して、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子(図2においてフェノール性水酸基の「第一加熱」後に炭素六角網面に残っている重水素原子(D)に相当する重水素原子)を残す;、及び(e2)当該(d2)で残された重水素原子は、第一温度と異なる第二温度での加熱(図2に示す「第二加熱」に相当する加熱)により、脱離して、当該重水素原子を含む第二化合物ガス(図2において「第二加熱」により生成される重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)に相当するガス)を生成する。 The second functional group satisfies the following conditions (a2) to (e2): (a2) the second functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network;, (b2) the second functional group. The groups are a protonic hydrogen atom (a hydrogen atom corresponding to the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group shown in FIG. 2) and a non-hydrogen atom of the same type as the non-hydrogen atom contained in the primary functional group (phenolic property shown in FIG. 2). Includes (atom corresponding to the oxygen atom of the hydroxyl); (c2) The second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature and is derived from the first compound gas (derived from the phenolic hydroxyl atom shown in FIG. 2). (Gas corresponding to carbon monoxide (CO)); (d2) The second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature after the hydrogen atom is replaced with a deuterium atom. , The dear hydrogen atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network (heavy hydrogen corresponding to the deuterium atom (D) remaining on the carbon hexagonal network after "first heating" of the phenolic hydroxyl group in FIG. 2). Atomic atoms); and (e2) The dehydrogen atoms left in (d2) are heated at a second temperature different from the first temperature (heating corresponding to the "second heating" shown in FIG. 2). , Desorbed and desorbed a second compound gas containing the dehydrogen atom (a gas corresponding to dehydrogenated hydrogen (HD) and / or deuterium (D 2 ) generated by "second heating" in FIG. 2). Generate.

また、炭素材料は、下記(x)〜(z)の条件を満たす水素原子であるエッジ水素原子(図2に示すエッジ水素原子に相当する水素原子)をさらに含み得る:(x)エッジ水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(y)エッジ水素原子は、重水素原子と置換されない;、及び(z)エッジ水素原子は、第二温度での加熱により、脱離して、当該エッジ水素原子(厳密には、当該エッジ水素原子に由来する水素原子)を含み重水素原子を含まない含水素化合物ガス(図2において「第二加熱」により生成される、エッジ水素原子に由来する水素(H)に相当するガス)を生成する。 Further, the carbon material may further contain an edge hydrogen atom (a hydrogen atom corresponding to the edge hydrogen atom shown in FIG. 2) which is a hydrogen atom satisfying the following conditions (x) to (z): (x) edge hydrogen atom. Is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network; (y) the edge hydrogen atom is not replaced by the deuterium; and (z) the edge hydrogen atom is heated at the second temperature. Desorbed, a hydrogen-containing compound gas containing the edge hydrogen atom (strictly speaking, a hydrogen atom derived from the edge hydrogen atom) and not containing a heavy hydrogen atom (produced by "second heating" in FIG. 2). Edge A gas corresponding to hydrogen (H 2 ) derived from a hydrogen atom) is generated.

本方法においては、第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含み得る炭素材料を分析の対象とする。ここで、第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を“含み得る”炭素材料は、当該第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含むことが知られている炭素材料、及び、当該第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含む可能性がある炭素材料を包含する。 In this method, carbon materials that may contain a primary functional group, a secondary functional group, and an edge hydrogen atom are analyzed. Here, the carbon material that "can contain" the first functional group, the second functional group, and the edge hydrogen atom is a carbon known to contain the first functional group, the second functional group, and the edge hydrogen atom. Includes materials and carbon materials that may contain the primary, secondary, and edge hydrogen atoms.

すなわち、分析の対象とする炭素材料は、例えば、第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含むか否かが不明である炭素材料であってもよいし、理論上又は経験上、第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含むと合理的に理解される炭素材料であってもよいし、第一官能基、第二官能基、及びエッジ水素原子を含むことが既に確認されているものの、当該第一官能基、第二官能基、又はエッジ水素原子の含有量が不明である炭素材料であってもよい。 That is, the carbon material to be analyzed may be, for example, a carbon material for which it is unknown whether or not it contains a first functional group, a second functional group, and an edge hydrogen atom, and theoretically or empirically. , A carbon material reasonably understood to contain a primary functional group, a secondary functional group, and an edge hydrogen atom, or a primary functional group, a secondary functional group, and an edge hydrogen atom. May be a carbon material whose content of the first functional group, the second functional group, or the edge hydrogen atom is unknown, although the above has already been confirmed.

炭素材料は、主に炭素から構成される材料である。すなわち、炭素材料は、例えば、炭素原子の含有量が70重量%以上であってもよく、75重量%以上であってもよく、80重量%以上であってもよく、85重量%以上であってもよく、90重量%以上であってもよい。 The carbon material is a material mainly composed of carbon. That is, for example, the carbon material may have a carbon atom content of 70% by weight or more, 75% by weight or more, 80% by weight or more, or 85% by weight or more. It may be 90% by weight or more.

炭素材料は、水素原子の含有量が15重量%以下であってもよく、10重量%以下であってもよく、5重量%以下であってもよい。炭素材料は、酸素原子の含有量が30重量%以下であってもよく、25重量%以下であってもよく、20重量%以下であってもよい。 The carbon material may have a hydrogen atom content of 15% by weight or less, 10% by weight or less, or 5% by weight or less. The carbon material may have an oxygen atom content of 30% by weight or less, 25% by weight or less, or 20% by weight or less.

炭素材料の組成は、上記炭素原子の含有量のいずれか、上記水素原子の含有量のいずれか、及び上記酸素原子の含有量のいずれか、からなる群より選択される1以上を任意に組み合わせて特定してもよい。炭素材料の組成は、元素分析法により測定される。 The composition of the carbon material is an arbitrary combination of one or more selected from the group consisting of any of the above carbon atom contents, any of the above hydrogen atom contents, and any of the above oxygen atom contents. May be specified. The composition of the carbon material is measured by elemental analysis.

炭素材料は、非晶質炭素材料であることが好ましい。非晶質炭素材料は、その炭素構造中に、空間配置が不規則である炭素原子を含む炭素材料である。また、非晶質炭素材料は、黒鉛構造に至らない炭素構造を含む炭素材料である。このため、非晶質炭素材料は、結晶性が比較的低い炭素材料である。より具体的に、非晶質炭素材料は、例えば、Cu−Kα線をX線源として用いるX線回折において、その002回折線の半値幅が1度以上の値を示す炭素材料である。 The carbon material is preferably an amorphous carbon material. Amorphous carbon material is a carbon material containing carbon atoms having an irregular spatial arrangement in its carbon structure. The amorphous carbon material is a carbon material containing a carbon structure that does not reach the graphite structure. Therefore, the amorphous carbon material is a carbon material having relatively low crystallinity. More specifically, the amorphous carbon material is, for example, a carbon material in which the half width of the 002 diffraction line shows a value of 1 degree or more in X-ray diffraction using Cu—Kα ray as an X-ray source.

炭素材料は、粉末状の炭素材料であることが好ましい。炭素材料は、多孔質の炭素材料であることが好ましい。炭素材料のBET比表面積は、特に限られないが、例えば、10m/g以上であってもよく、50m/g以上であることが好ましく、70m/g以上であることがより好ましく、100m/g以上であることが特に好ましい。 The carbon material is preferably a powdered carbon material. The carbon material is preferably a porous carbon material. The BET specific surface area of the carbon material is not particularly limited, but may be, for example, 10 m 2 / g or more, preferably 50 m 2 / g or more, and more preferably 70 m 2 / g or more. It is particularly preferable that it is 100 m 2 / g or more.

第一官能基及び第二官能基は、いずれも炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合しており、共通の非水素原子を含む。具体的に、図2に示す例において、環状エーテル基(第一官能基)及びフェノール性水酸基(第二官能基)はいずれも、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合しており、且つ、酸素原子(非水素原子)を含んでいる。 Both the first functional group and the second functional group are bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and contain a common non-hydrogen atom. Specifically, in the example shown in FIG. 2, both the cyclic ether group (first functional group) and the phenolic hydroxyl group (second functional group) are bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface, and , Contains oxygen atoms (non-hydrogen atoms).

一方、第一官能基は、重水素原子と置換され得る水素原子(プロトン性水素原子)を含まないのに対して、当該第二官能基は、プロトン性水素原子を含む。具体的に、図2に示す例において、環状エーテル基(第一官能基)は、プロトン性水素原子を含まないのに対して、フェノール性水酸基(第二官能基)は、プロトン性水素原子を含む。 On the other hand, the first functional group does not contain a hydrogen atom (protic hydrogen atom) that can be replaced with a deuterium atom, whereas the second functional group contains a protonic hydrogen atom. Specifically, in the example shown in FIG. 2, the cyclic ether group (first functional group) does not contain a protonic hydrogen atom, whereas the phenolic hydroxyl group (second functional group) contains a protonic hydrogen atom. Including.

プロトン性水素原子は、イオン性水素原子とも呼ばれる。プロトン性水素原子は、水中で電離して水素イオンになり得る水素原子である。プロトン性水素原子は、例えば、後述する水素−重水素置換処理によって、重水素原子と置換され得る。 Protic hydrogen atoms are also called ionic hydrogen atoms. A protic hydrogen atom is a hydrogen atom that can be ionized in water to become a hydrogen ion. The protonated hydrogen atom can be replaced with a deuterium atom by, for example, a hydrogen-deuterium substitution treatment described later.

第一官能基は、重水素原子と置換されない水素原子(非プロトン性水素原子)も含まないこととしてもよい。すなわち、第一官能基は、水素原子(プロトン性水素原子及び非プロトン性水素原子)を含まないこととしてもよい。具体的に、図2に示す例において、環状エーテル基(第一官能基)は、水素原子を含まない。 The first functional group may also be free of hydrogen atoms (aprotic hydrogen atoms) that are not substituted with deuterium atoms. That is, the first functional group may not contain a hydrogen atom (protic hydrogen atom and aprotic hydrogen atom). Specifically, in the example shown in FIG. 2, the cyclic ether group (first functional group) does not contain a hydrogen atom.

第一官能基及び第二官能基は、当該第一官能基及び第二官能基に含まれる非水素原子を介して、エッジの炭素原子に結合している。すなわち、第一官能基及び第二官能基に含まれる非水素原子が、エッジの炭素原子に結合している。具体的に、図2に示す例において、環状エーテル基(第一官能基)及びフェノール性水酸基(第二官能基)はいずれも、酸素原子(非水素原子)を介して、エッジの炭素原子に結合している。 The first functional group and the second functional group are bonded to the carbon atom of the edge via the non-hydrogen atom contained in the first functional group and the second functional group. That is, the non-hydrogen atom contained in the first functional group and the second functional group is bonded to the carbon atom of the edge. Specifically, in the example shown in FIG. 2, both the cyclic ether group (first functional group) and the phenolic hydroxyl group (second functional group) become carbon atoms at the edges via oxygen atoms (non-hydrogen atoms). It is combined.

第一官能基及び第二官能基は、第一温度での加熱(以下、「第一加熱」という。)により熱分解して、非水素原子を含む第一化合物ガスを生成する。すなわち、第一官能基及び第二官能基は、同一の温度(第一温度)で熱分解して、同一種の脱離ガス(第一化合物ガス)を生成する。 The first functional group and the second functional group are thermally decomposed by heating at the first temperature (hereinafter referred to as "first heating") to generate a first compound gas containing a non-hydrogen atom. That is, the first functional group and the second functional group are thermally decomposed at the same temperature (first temperature) to produce the same kind of desorbed gas (first compound gas).

したがって、第一官能基及び第二官能基を含む炭素材料を第一温度で加熱すると、当該第一官能基の熱分解に由来する第一化合物ガスと、当該第二官能基の熱分解に由来する第一化合物ガスとが生成される。具体的に、図2に示す例において、環状エーテル基(第一官能基)及びフェノール性水酸基(第二官能基)はいずれも、第一加熱によって熱分解し、一酸化炭素(第一化合物ガス)を生成する。 Therefore, when the carbon material containing the first functional group and the second functional group is heated at the first temperature, the first compound gas derived from the thermal decomposition of the first functional group and the first compound gas derived from the thermal decomposition of the second functional group are derived. First compound gas is produced. Specifically, in the example shown in FIG. 2, both the cyclic ether group (first functional group) and the phenolic hydroxyl group (second functional group) are thermally decomposed by the first heating and carbon monoxide (first compound gas). ) Is generated.

第二官能基は、当該第二官能基に含まれるプロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、第一温度で加熱することにより、熱分解して、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子を残す。 The second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature after the protic hydrogen atom contained in the second functional group is replaced with the deuterium atom, and the carbon at the edge of the carbon hexagonal network surface is carbon. The deuterium atom bonded to the atom is left.

すなわち、プロトン性水素原子が重水素原子に置換された第二官能基(当該重水素原子と、非水素原子とを含む第二官能基)を第一温度で加熱すると、当該第二官能基は熱分解し、第一化合物ガスを生成する一方で、当該第二官能基に含まれていた当該重水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合し、炭素材料に残る。 That is, when a second functional group in which a protonic hydrogen atom is replaced with a deuterium atom (a second functional group containing the deuterium atom and a non-hydrogen atom) is heated at the first temperature, the second functional group becomes While thermally decomposing to produce the first compound gas, the deuterium atom contained in the second functional group is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and remains in the carbon material.

具体的に、図2に示す例において、プロトン性水素原子が重水素原子(D)と置換されたフェノール性水酸基(第二官能基)は、第一加熱により熱分解して、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子(D)を残す。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, the phenolic hydroxyl group (second functional group) in which the protic hydrogen atom is replaced with the deuterium atom (D) is thermally decomposed by the first heating, and the carbon hexagonal network surface. The deuterium atom (D) bonded to the carbon atom at the edge of is left.

第一温度は、第一官能基及び第二官能基が熱分解し、当該第一官能基及び第二官能基の熱分解によって共通の第一化合物ガスが生成され、且つ当該第二官能基の熱分解によって当該第二官能基に含まれていた当該重水素原子が、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合して残る温度である。 At the first temperature, the first functional group and the second functional group are thermally decomposed, and the common first compound gas is generated by the thermal decomposition of the first functional group and the second functional group, and the second functional group This is the temperature at which the heavy hydrogen atom contained in the second functional group by thermal decomposition is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and remains.

第一温度は、本方法において分析の対象として決定された第一官能基及び第二官能基が、熱分解により共通の第一化合物ガスを生成する温度として決定される。すなわち、第一温度は、例えば、第一官能基及び第二官能基が、熱分解により共通の第一化合物ガスを生成する温度として予め知られている温度である。 The first temperature is determined as the temperature at which the first and second functional groups determined to be analyzed in this method generate a common first compound gas by thermal decomposition. That is, the first temperature is, for example, a temperature known in advance as a temperature at which the first functional group and the second functional group generate a common first compound gas by thermal decomposition.

具体的に、第一官能基が環状エーテル基であり、第二官能基がフェノール性水酸基であり、第一化合物ガスが一酸化炭素(CO)である図2に示す例において、第一温度は、例えば、300℃以上、1100℃以下の温度であってもよく、400℃以上、1000℃以下の温度であってもよく、500℃以上、900℃以下の温度であってもよい。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, where the first functional group is a cyclic ether group, the second functional group is a phenolic hydroxyl group, and the first compound gas is carbon monoxide (CO), the first temperature is For example, the temperature may be 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, 400 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, or 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

第一温度での第二官能基の熱分解により炭素材料に残された重水素原子は、当該第一温度と異なる第二温度での加熱(以下、「第二加熱」)により、当該炭素材料から脱離して、当該重水素原子を含む第二化合物ガスを生成する。 The deuterium atoms left in the carbon material due to the thermal decomposition of the second functional group at the first temperature are heated at a second temperature different from the first temperature (hereinafter referred to as "second heating"). Deuterium to produce a second compound gas containing the deuterium atom.

すなわち、第一加熱によりエッジの炭素原子に結合した、第二官能基に由来する重水素原子は、当該第一温度と異なる第二温度でさらに加熱されることにより、脱離して、第二化合物ガスを生成する。 That is, the deuterium atom derived from the second functional group bonded to the carbon atom of the edge by the first heating is desorbed by further heating at a second temperature different from the first temperature, and the second compound. Produces gas.

具体的に、図2に示す例において、第一加熱によるフェノール性水酸基(第二官能基)の熱分解により炭素材料に残された重水素原子(D)は、その後、第一温度と異なる第二温度での第二加熱により、当該炭素材料から脱離して、重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)を生成する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, the deuterium atom (D) left in the carbon material by the thermal decomposition of the phenolic hydroxyl group (second functional group) by the first heating is subsequently different from the first temperature. Second heating at two temperatures desorbs from the carbon material to produce hydrogen deuteride (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas).

第二温度は、第二官能基の熱分解に用いられた第一温度と異なる温度であり、且つ当該第一温度での当該第二官能基の熱分解によって炭素材料に残された当該第二官能基に由来する重水素原子を脱離させて第二化合物ガスを生成する温度である。 The second temperature is a temperature different from the first temperature used for the thermal decomposition of the second functional group, and the second temperature left in the carbon material by the thermal decomposition of the second functional group at the first temperature. It is a temperature at which a deferred hydrogen atom derived from a functional group is eliminated to generate a second compound gas.

第二温度は、例えば、H−D置換処理が施されていない第二官能基を第一温度で熱分解することで炭素材料に残された水素原子が脱離して、当該水素原子を含む化合物ガスを生成する温度として決定される。すなわち、第二温度は、例えば、H−D置換処理が施されていない第二官能基の熱分解により炭素材料に残された水素原子が脱離して、当該水素原子を含む化合物ガスを生成する温度として予め知られている温度である。 The second temperature is, for example, a compound containing hydrogen atoms in which hydrogen atoms remaining in the carbon material are desorbed by thermally decomposing the second functional group that has not been subjected to the HD substitution treatment at the first temperature. Determined as the temperature at which the gas is produced. That is, at the second temperature, for example, hydrogen atoms remaining in the carbon material are eliminated by thermal decomposition of the second functional group that has not been subjected to the HD substitution treatment, and a compound gas containing the hydrogen atoms is generated. A temperature previously known as temperature.

具体的に、図1Bに示すように、プロトン性水素原子が重水素原子と置換されていないフェノール性水酸基(第二官能基)が熱分解して一酸化炭素(第一化合物ガス)を生成する際、当該フェノール性水酸基に含まれていた水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合し、炭素材料に残る。 Specifically, as shown in FIG. 1B, a phenolic hydroxyl group (second functional group) in which a protonic hydrogen atom is not substituted with a deuterium atom is thermally decomposed to generate carbon monoxide (first compound gas). At that time, the hydrogen atom contained in the phenolic hydroxyl group is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and remains in the carbon material.

さらに、図1Bに示すように、この炭素材料に残った、フェノール性水酸基に由来する水素原子は、より高い温度での加熱(本方法における第二加熱に相当する加熱)により、当該炭素材料から脱離して、水素(H)を生成する。 Further, as shown in FIG. 1B, the hydrogen atom derived from the phenolic hydroxyl group remaining in the carbon material is removed from the carbon material by heating at a higher temperature (heating corresponding to the second heating in this method). Desorb to produce hydrogen (H 2 ).

よって、この場合、フェノール性水酸基に由来する水素原子を炭素材料から脱離させて、水素(H)を生成する温度が、第二温度として決定される。 Therefore, in this case, the temperature at which the hydrogen atom derived from the phenolic hydroxyl group is desorbed from the carbon material to generate hydrogen (H 2 ) is determined as the second temperature.

すなわち、フェノール性水酸基に由来する水素原子を炭素材料から脱離させて、水素(H)を生成する温度が予め知られていれば、当該温度を本方法における第二温度として採用する。 That is, if the temperature at which a hydrogen atom derived from a phenolic hydroxyl group is desorbed from a carbon material to generate hydrogen (H 2 ) is known in advance, that temperature is adopted as the second temperature in this method.

具体的に、第一官能基が環状エーテル基であり、第二官能基がフェノール性水酸基であり、第二化合物ガスが重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)である図2に示す例において、第二温度は、例えば、600℃以上、1600℃以下の温度であってもよく、700℃以上、1500℃以下の温度であってもよく、800℃以上、1400℃以下の温度であってもよい。 Specifically, the figure in which the first functional group is a cyclic ether group, the second functional group is a phenolic hydroxyl group, and the second compound gas is hydrogen deuteride (HD) and / or deuteride (D 2 ). In the example shown in 2, the second temperature may be, for example, 600 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, 700 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, 800 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. It may be the temperature of.

ここで、図2には、第二加熱をTPD法により実施する場合の例を示している。第二加熱をTPD法により実施する場合、第二温度は、第一温度より高い温度であってもよい。一方、本方法において、第二加熱は、昇温酸化(TPO)法により実施してもよい。第二加熱をTPO法により実施する場合、第一加熱の後、酸化雰囲気において炭素材料の当該第二加熱を行うことにより、第二化合物ガスとして、半重水(DHO)及び/又は重水(DO)が生成される。 Here, FIG. 2 shows an example in which the second heating is carried out by the TPD method. When the second heating is carried out by the TPD method, the second temperature may be higher than the first temperature. On the other hand, in this method, the second heating may be carried out by a temperature-rising oxidation (TPO) method. When the second heating is carried out by the TPO method, the second heating of the carbon material is carried out in an oxidizing atmosphere after the first heating, so that the second compound gas is semi-heavy water (DHO) and / or heavy water (D 2). O) is generated.

第二加熱をTPO法により実施する場合、第二温度は、例えば、300℃以上、1000℃以下の温度であってもよく、400℃以上、900℃以下の温度であってもよく、500℃以上、800℃以下の温度であってもよい。 When the second heating is carried out by the TPO method, the second temperature may be, for example, 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, or 500 ° C. As mentioned above, the temperature may be 800 ° C. or lower.

第一官能基及び第二官能基に共通して含まれる非水素原子は、図2の例に示すように、酸素原子であることが好ましい。この場合、第一官能基は、プロトン性水素原子を含まず、酸素原子を含む。一方、第二官能基は、プロトン性水素原子と、酸素原子とを含む。また、第一官能基及び第二官能基は、いずれも酸素原子を介して、エッジの炭素原子に結合していることとしてもよい。 The non-hydrogen atom commonly contained in the first functional group and the second functional group is preferably an oxygen atom as shown in the example of FIG. In this case, the first functional group does not contain a protonic hydrogen atom but contains an oxygen atom. On the other hand, the second functional group contains a protonic hydrogen atom and an oxygen atom. Further, both the first functional group and the second functional group may be bonded to the carbon atom of the edge via the oxygen atom.

非水素原子が酸素原子である場合、第一化合物ガスは当該酸素原子と炭素原子とを含むこととしてもよい。具体的に、図2に示す例において、第一加熱により生成される一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)は、酸素原子と炭素原子とを含む。 When the non-hydrogen atom is an oxygen atom, the first compound gas may contain the oxygen atom and the carbon atom. Specifically, in the example shown in FIG. 2, the carbon monoxide (CO) (first compound gas) produced by the first heating contains an oxygen atom and a carbon atom.

また、第一化合物ガスは、水素原子及び重水素原子を含まないこととしてもよい。具体的に、図2に示す例において、第一加熱により生成される一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)は、水素原子及び重水素原子を含まない。 Further, the first compound gas may not contain hydrogen atoms and deuterium atoms. Specifically, in the example shown in FIG. 2, carbon monoxide (CO) (first compound gas) produced by the first heating does not contain hydrogen atoms and deuterium atoms.

図2の例に示すように、第一官能基は、環状エーテル基であり、第二官能基は、フェノール性水酸基であることが好ましい。この場合、第一化合物ガスは、一酸化炭素(CO)であり、第二化合物ガスは、重水素化水素(HD)、重水素(D)、半重水(DHO)、及び重水(DO)からなる群より選択される1以上であることとしてもよい。 As shown in the example of FIG. 2, the first functional group is preferably a cyclic ether group, and the second functional group is preferably a phenolic hydroxyl group. In this case, the first compound gas is carbon monoxide (CO), and the second compound gas is hydrogen deuteride (HD), deuteride (D 2 ), semiheavy water (DHO), and heavy water (D 2 ). It may be 1 or more selected from the group consisting of O).

エッジ水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した水素原子であって、重水素原子と置換されない。すなわち、エッジ水素原子は、プロトン性水素原子ではない。また、エッジ水素原子は、第二温度での加熱により、炭素材料から脱離して、当該エッジ水素原子に由来する水素原子を含み、重水素原子を含まない、含水素化合物ガスを生成する。 The edge hydrogen atom is a hydrogen atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and is not replaced with the deuterium atom. That is, the edge hydrogen atom is not a protonic hydrogen atom. Further, the edge hydrogen atom is desorbed from the carbon material by heating at the second temperature to generate a hydrogen-containing compound gas containing a hydrogen atom derived from the edge hydrogen atom and not containing a deuterium atom.

具体的に、図2に示す例において、エッジ水素原子は、第二温度での加熱により、炭素材料から脱離して、当該エッジ水素原子に由来する水素原子を含み、重水素原子を含まない、水素(H)(含水素化合物ガス)を生成する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, the edge hydrogen atom is desorbed from the carbon material by heating at the second temperature and contains a hydrogen atom derived from the edge hydrogen atom and does not contain a heavy hydrogen atom. Produces hydrogen (H 2 ) (hydrogen-containing compound gas).

なお、アルキル基等の炭化水素基に含まれる水素原子も、プロトン性水素原子ではないが、当該炭化水素基は、第二温度での加熱により、炭化水素ガスを生成する。この点、エッジ水素原子の第二温度での加熱により生成される含水素化合物ガスは、炭化水素ガスではない。含水素化合物ガスは、炭素原子を含まないこととしてもよい。 A hydrogen atom contained in a hydrocarbon group such as an alkyl group is also not a protonic hydrogen atom, but the hydrocarbon group produces a hydrocarbon gas by heating at a second temperature. In this respect, the hydrogen-containing compound gas generated by heating the edge hydrogen atom at the second temperature is not a hydrocarbon gas. The hydrogen-containing compound gas may not contain carbon atoms.

具体的に、含水素化合物ガスは、水素(H)、及び/又は水(HO)であることとしてもよい。なお、図2には、第二加熱をTPD法により実施する場合に、含水素化合物ガスとして水素(H)が生成される例を示している。第二加熱をTPO法により実施する場合には、酸化雰囲気における第二加熱により、含水素化合物ガスとして、水(HO)が生成される。 Specifically, the hydrogen-containing compound gas may be hydrogen (H 2 ) and / or water (H 2 O). Note that FIG. 2 shows an example in which hydrogen (H 2 ) is generated as a hydrogen-containing compound gas when the second heating is carried out by the TPD method. When the second heating is carried out by the TPO method, water (H 2 O) is generated as a hydrogen-containing compound gas by the second heating in an oxidizing atmosphere.

前処理工程においては、炭素材料にH−D置換処理を施す。H−D置換処理は、炭素材料に含まれるプロトン性水素原子を重水素原子に置換する処理である。H−D置換処理によって、第二官能基に含まれるプロトン性水素原子は、重水素原子に置換される。すなわち、H−D置換処理後の炭素材料に含まれる第二官能基は、当該H−D置換処理前に含んでいたプロトン性水素原子に代えて、重水素原子を含む。 In the pretreatment step, the carbon material is subjected to HD substitution treatment. The HD substitution treatment is a treatment for replacing a protonic hydrogen atom contained in a carbon material with a deuterium atom. By the HD substitution treatment, the protic hydrogen atom contained in the second functional group is replaced with a deuterium atom. That is, the second functional group contained in the carbon material after the HD substitution treatment contains a deuterium atom in place of the protonic hydrogen atom contained before the HD substitution treatment.

炭素材料のH−D置換処理は、プロトン性水素原子を重水素原子に置換する処理であれば特に限られないが、例えば、当該炭素材料を重水に浸漬する方法、当該炭素材料を重水の蒸気に接触させる方法、及び、0℃超の温度で当該炭素材料と重水とを密閉容器内に閉じ込めて放置する方法からなる群より選択される1以上が好ましく用いられ、当該炭素材料を重水に浸漬する方法が特に好ましく用いられる。 The HD substitution treatment of the carbon material is not particularly limited as long as it is a treatment of substituting a protonic hydrogen atom with a deuterium atom. One or more selected from the group consisting of a method of contacting with deuterium and a method of confining the carbon material and heavy water in a closed container and leaving them at a temperature of more than 0 ° C. is preferably used, and the carbon material is immersed in heavy water. The method used is particularly preferably used.

なお、重水に代えて、重水素を含む酸性化合物(例えば、重水素化した塩化水素(DCl)、重水素化した硫酸(DSO)、重水素化した過塩素酸(DClO)、及び重水素化した硝酸(DNO)からなる群より選択される1以上)を用いてもよいが、重水を用いることが好ましい。 Instead of the heavy water, acidic compounds containing deuterium (e.g., deuterated hydrogen chloride (DCl), deuterated sulfuric acid (D 2 SO 4), deuterated perchlorate (DClO 4), And one or more selected from the group consisting of deuterated nitric acid (DNO 3 )), but heavy water is preferred.

第一加熱工程においては、H−D置換処理後、炭素材料を第一温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第一化合物ガスを測定する。具体的に、図2に示す例において、H−D置換処理後、炭素材料を第一温度で加熱して、当該炭素材料から生成される一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)を測定する。 In the first heating step, after the HD substitution treatment, the carbon material is heated at the first temperature, and the first compound gas produced from the carbon material is measured. Specifically, in the example shown in FIG. 2, after the HD substitution treatment, the carbon material is heated at the first temperature, and carbon monoxide (CO) (first compound gas) produced from the carbon material is measured. To do.

第一加熱工程において炭素材料を第一温度で加熱する方法は、特に限られないが、例えば、当該第一温度より低い温度から、当該第一温度より高い温度まで、連続的に温度を上昇させながら加熱する方法が好ましく用いられる。 The method of heating the carbon material at the first temperature in the first heating step is not particularly limited, but for example, the temperature is continuously raised from a temperature lower than the first temperature to a temperature higher than the first temperature. The method of heating while heating is preferably used.

第一加熱工程において第一温度での加熱(第一加熱)を実施する方法、及び第一化合物ガスを測定する方法は、特に限られないが、TPD法が好ましく用いられる。第一加熱は、真空下(例えば、1×10−1Pa以下、好ましくは1×10−3Pa以下の高真空下)又は不活性雰囲気下(例えば、窒素ガス及びアルゴンガスからなる群より選択される1種以上の不活性ガス雰囲気下)で行うことが好ましい。 The method of performing heating at the first temperature (first heating) in the first heating step and the method of measuring the first compound gas are not particularly limited, but the TPD method is preferably used. The first heating is selected from the group consisting of vacuum (for example, 1 × 10 -1 Pa or less, preferably 1 × 10 -3 Pa or less, high vacuum) or an inert atmosphere (for example, nitrogen gas and argon gas). It is preferable to carry out in an atmosphere of one or more kinds of inert gases.

また、第一加熱は、例えば、第一温度より低い所定の温度から、当該第一温度より高い所定の温度まで、所定の昇温速度(例えば、2℃/分以上、50℃/分以下)で温度を上昇させながら炭素材料を加熱することにより行う。この場合、第一加熱により温度が上昇する間に炭素材料から生成された第一化合物ガスを測定する。 Further, the first heating is performed, for example, from a predetermined temperature lower than the first temperature to a predetermined temperature higher than the first temperature at a predetermined heating rate (for example, 2 ° C./min or more, 50 ° C./min or less). This is done by heating the carbon material while raising the temperature with. In this case, the first compound gas produced from the carbon material is measured while the temperature rises due to the first heating.

第一化合物ガスの測定は、質量分析計を備えた昇温脱離分析装置(TPD分析装置)を用いて行うことが好ましい。質量分析計としては、四重極質量分析計(Quadrupole Mass Spectrometer:QMS)を用いることが好ましい。 The measurement of the first compound gas is preferably carried out using a temperature rise desorption analyzer (TPD analyzer) equipped with a mass spectrometer. As the mass spectrometer, it is preferable to use a quadrupole mass spectrometer (QMS).

第二加熱工程においては、第一加熱後の炭素材料を第二温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第二化合物ガスを測定する。具体的に、図2に示す例において、第一加熱後の炭素材料を第二温度で加熱して、当該炭素材料から生成される重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)を測定する。なお、上述のとおり、第二加熱をTPO法により実施する場合には、第二化合物ガスとして、半重水(DHO)及び/又は重水(DO)を測定する。 In the second heating step, the carbon material after the first heating is heated at the second temperature, and the second compound gas generated from the carbon material is measured. Specifically, in the example shown in FIG. 2, hydrogen deuteride (HD) and / or deuterium (D 2 ) produced from the carbon material by heating the carbon material after the first heating at the second temperature. (Second compound gas) is measured. Incidentally, as described above, when the second heating is carried out by TPO method, as the second compound gas, measuring the half-heavy water (DHO) and / or heavy water (D 2 O).

第二加熱工程において炭素材料を第二温度で加熱する方法は、特に限られないが、例えば、当該第二温度より低い温度から、当該第二温度より高い温度まで、連続的に温度を上昇させながら加熱する方法が好ましく用いられる。 The method of heating the carbon material at the second temperature in the second heating step is not particularly limited, but for example, the temperature is continuously raised from a temperature lower than the second temperature to a temperature higher than the second temperature. The method of heating while heating is preferably used.

第二加熱工程において第二加熱を実施する方法、及び第二化合物ガスを測定する方法は、特に限られないが、TPD法又はTPO法が好ましく用いられる。TPD法を用いる場合、第二加熱は、真空下(例えば、1×10−1Pa以下、好ましくは1×10−3Pa以下の高真空下)又は不活性雰囲気下(例えば、窒素ガス及びアルゴンガスからなる群より選択される1種以上の不活性ガス雰囲気下)で行うことが好ましい。一方、TPO法を用いる場合、第二加熱は、酸素雰囲気下(例えば,酸素分圧1kPa以上、200kPa以下の雰囲気下)で行うことが好ましい。 The method of carrying out the second heating in the second heating step and the method of measuring the second compound gas are not particularly limited, but the TPD method or the TPO method is preferably used. When the TPD method is used, the second heating is carried out under vacuum (eg, under high vacuum of 1 × 10 -1 Pa or less, preferably 1 × 10 -3 Pa or less) or under an inert atmosphere (eg, nitrogen gas and argon). It is preferably carried out in an atmosphere of one or more inert gases selected from the group consisting of gases. On the other hand, when the TPO method is used, the second heating is preferably performed in an oxygen atmosphere (for example, an atmosphere in which the oxygen partial pressure is 1 kPa or more and 200 kPa or less).

また、第二加熱は、例えば、第二温度より低い所定の温度から、当該第二温度より高い所定の温度まで、所定の昇温速度(例えば、2℃/分以上、50℃/分以下)で温度を上昇させながら炭素材料を加熱することにより行う。この場合、第二加熱により温度が上昇する間に炭素材料から生成された第二化合物ガスを測定する。 Further, the second heating is performed, for example, from a predetermined temperature lower than the second temperature to a predetermined temperature higher than the second temperature at a predetermined heating rate (for example, 2 ° C./min or more, 50 ° C./min or less). This is done by heating the carbon material while raising the temperature with. In this case, the second compound gas produced from the carbon material is measured while the temperature rises due to the second heating.

なお、炭素材料がエッジ水素原子を含む場合、当該炭素材料の第二加熱によって、当該エッジ水素原子に由来する含水素化合物ガスも生成されるが、当該含水素化合物ガスは、重水素原子を含まないため、第二官能基に由来する第二化合物ガスとは区別される。 When the carbon material contains an edge hydrogen atom, the hydrogen-containing compound gas derived from the edge hydrogen atom is also generated by the second heating of the carbon material, but the hydrogen-containing compound gas contains a deuterium atom. Therefore, it is distinguished from the second compound gas derived from the second functional group.

具体的に、図2に示す例において、真空下又は不活性雰囲気下での第二加熱(例えば、TPD法による第二加熱)によって生成される、エッジ水素原子に由来する水素(H)(含水素化合物ガス)は、フェノール性水酸基に由来する重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)と容易に区別される。また、酸化雰囲気下での第二加熱(例えば、TPO法による第二加熱)によって生成される、エッジ水素原子に由来する水(HO)(含水素化合物ガス)もまた、フェノール性水酸基に由来する半重水(DHO)及び/又は重水(DO)(第二化合物ガス)と容易に区別される。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, hydrogen (H 2 ) derived from an edge hydrogen atom produced by the second heating (for example, the second heating by the TPD method) under a vacuum or an inert atmosphere (H 2 ) ( Hydrogen-containing compound gas) is easily distinguished from deuterated hydrogen (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) derived from phenolic hydroxyl groups. The second heating in an oxidizing atmosphere (e.g., a second heating by TPO method) is generated by water from the edges hydrogen atom (H 2 O) (hydrogen containing compound gas) is also a phenolic hydroxyl group It is readily distinguished from the origin to a half deuterium oxide (DHO) and / or heavy water (D 2 O) (second compound gas).

本方法においては、第一加熱工程及び第二加熱工程をTPD法により実施することとしてもよいし、第一加熱工程をTPD法により実施し、第二加熱工程をTPO法により実施することとしてもよいが、第一加熱工程及び第二加熱工程をTPD法により実施することが好ましい。第一加熱工程及び第二加熱工程をTPD法により実施する場合、1つのTPD分析装置を用いて第一加熱工程及び第二加熱工程を連続的に実施することとしてもよい。 In this method, the first heating step and the second heating step may be carried out by the TPD method, or the first heating step may be carried out by the TPD method and the second heating step may be carried out by the TPO method. However, it is preferable to carry out the first heating step and the second heating step by the TPD method. When the first heating step and the second heating step are carried out by the TPD method, the first heating step and the second heating step may be carried out continuously by using one TPD analyzer.

すなわち、第一加熱工程及び第二加熱工程をTPD法により実施する場合、H−D置換処理後、真空下又は不活性雰囲気下で、第一温度より低い所定の温度から、当該第一温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第一化合物ガスを測定し、次いで、第二温度より低い所定の温度から、当該第二温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら当該炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第二化合物ガスを測定する。この場合、第二温度としては、第一温度より高い温度が用いられる。 That is, when the first heating step and the second heating step are carried out by the TPD method, after the HD substitution treatment, from a predetermined temperature lower than the first temperature under a vacuum or an inert atmosphere, from the first temperature. The carbon material is heated while raising the temperature to a high predetermined temperature, and the first compound gas produced from the carbon material is measured, and then from a predetermined temperature lower than the second temperature to the second temperature. The carbon material is heated while raising the temperature to a high predetermined temperature, and the second compound gas generated from the carbon material is measured. In this case, a temperature higher than the first temperature is used as the second temperature.

また、第二加熱工程をTPO法により実施する場合、H−D置換処理後、真空下又は不活性雰囲気下で、第一温度より低い所定の温度から、当該第一温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第一化合物ガスを測定し、次いで、酸化雰囲気下で、第二温度より低い所定の温度から、当該第二温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら当該炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第二化合物ガスを測定する。この場合、第一加熱工程は、TPD法により実施してもよい。また、第二温度としては、第一温度より低い温度が用いられる。 When the second heating step is carried out by the TPO method, after the HD substitution treatment, from a predetermined temperature lower than the first temperature to a predetermined temperature higher than the first temperature under vacuum or an inert atmosphere. The carbon material is heated while raising the temperature, and the first compound gas generated from the carbon material is measured. Then, in an oxidizing atmosphere, from a predetermined temperature lower than the second temperature to the second temperature. The carbon material is heated while raising the temperature to a high predetermined temperature, and the second compound gas generated from the carbon material is measured. In this case, the first heating step may be carried out by the TPD method. Further, as the second temperature, a temperature lower than the first temperature is used.

評価工程においては、第一加熱工程で得られた第一化合物ガスの測定結果と、第二加熱工程で得られた第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する。 In the evaluation step, the carbon before the HD substitution treatment is based on the measurement result of the first compound gas obtained in the first heating step and the measurement result of the second compound gas obtained in the second heating step. Whether or not the material contained one or more selected from the group consisting of primary and secondary functional groups, and / or the primary functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment. And one or more amounts selected from the group consisting of second functional groups.

すなわち、評価工程においては、例えば、第一化合物ガスの測定結果と、第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否かを判断する。 That is, in the evaluation step, for example, based on the measurement result of the first compound gas and the measurement result of the second compound gas, the carbon material before the HD substitution treatment is separated from the first functional group and the second functional group. It is determined whether or not one or more selected from the group of

具体的に、例えば、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定された場合には、第一加熱前の炭素材料が第二官能基を含んでいたと判断する。すなわち、図2に示す例において、第二加熱によって生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が測定された場合には、H−D置換処理前の炭素材料がフェノール性水酸基(第二官能基)を含んでいたと判断する。一方、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定されなかった場合には、第一加熱前の炭素材料は第二官能基を含んでいなかったと判断する。 Specifically, for example, when the second compound gas is measured in the second heating step, it is determined that the carbon material before the first heating contains a second functional group. That is, in the example shown in FIG. 2, when hydrogen deuteride (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) produced by the second heating is measured, it is replaced with HD. It is judged that the carbon material before the treatment contained a phenolic hydroxyl group (second functional group). On the other hand, when the second compound gas is not measured in the second heating step, it is determined that the carbon material before the first heating does not contain the second functional group.

また、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定された場合において、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きい場合には、第一加熱前の炭素材料が第一官能基をさらに含んでいたと判断する。 Further, when the second compound gas is measured in the second heating step, it is measured in the first heating step assuming that all the first compound gas measured in the first heating step is derived from the second functional group. When the amount of the second functional group calculated from the amount of the first compound gas is larger than the amount of the second functional group calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step, It is determined that the carbon material before the first heating further contained the first functional group.

具体的に、図2に示す例において、第一加熱によって生成された一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が全てフェノール性水酸基(第二官能基)に由来すると仮定して当該一酸化炭素の量から算出される当該フェノール性水酸基の量が、第二加熱によって生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)の量から算出されるフェノール性水酸基の量より大きい場合には、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基(第一官能基)をさらに含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, it is assumed that all the carbon monoxide (CO) (first compound gas) generated by the first heating is derived from the phenolic hydroxyl group (second functional group). The amount of the phenolic hydroxyl group calculated from the amount of carbon is calculated from the amount of hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) (second compound gas) produced by the second heating. If it is larger than the amount of phenolic hydroxyl groups, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment further contained a cyclic ether group (primary functional group).

一方、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して、当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きくない場合には、第一加熱前の炭素材料は第一官能基を含んでいなかったと判断する。 On the other hand, assuming that all the first compound gas measured in the first heating step is derived from the second functional group, the second functionality calculated from the amount of the first compound gas measured in the first heating step. If the amount of groups is not greater than the amount of second functional groups calculated from the amount of second compound gas measured in the second heating step, the carbon material before the first heating contains the first functional groups. Judge that it was not.

また、第一加熱工程で第一化合物ガスが測定され、且つ、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定されなかった場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基を含んでいたと判断する。 When the first compound gas is measured in the first heating step and the second compound gas is not measured in the second heating step, the carbon material before the HD substitution treatment contains the first functional group. Judge that it was included.

具体的に、図2に示す例において、第一加熱によって一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が生成され、且つ、第二加熱によって重水素化水素(HD)及び重水素(D)(第二化合物ガス)が生成されなかった場合には、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基(第一官能基)を含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, carbon monoxide (CO) (first compound gas) is generated by the first heating, and hydrogen deuteride (HD) and deuteride (D 2 ) are produced by the second heating. ) (Second compound gas) was not produced, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment contained a cyclic ether group (first functional group).

評価工程においては、例えば、第一化合物ガスの測定結果と、第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基及び第二官能基からなる群より選択される1以上の量を算出する。 In the evaluation step, for example, based on the measurement result of the first compound gas and the measurement result of the second compound gas, the first functional group and the second functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment Calculate one or more quantities selected from the group consisting of groups.

具体的に、例えば、第二加熱工程において測定された第二化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第二官能基の量を算出する。すなわち、図2に示す例において、第二加熱により生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたフェノール性水酸基(第二官能基)の量を算出する。 Specifically, for example, the amount of the second functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step. That is, in the example shown in FIG. 2, from the amount of hydrogen deuteride (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) produced by the second heating, the carbon before the HD substitution treatment Calculate the amount of phenolic hydroxyl group (second functional group) contained in the material.

一方、第一加熱工程において第一化合物ガスが測定され、且つ、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定されなかった場合には、当該第一加熱工程において測定された当該第一化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基の量を算出する。 On the other hand, when the first compound gas is measured in the first heating step and the second compound gas is not measured in the second heating step, the first compound gas measured in the first heating step From the amount, the amount of the first functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is calculated.

具体的に、図2に示す例において、第一加熱により一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が生成され、且つ、第二加熱により重水素化水素(HD)及び重水素(D)(第二化合物ガス)が生成されなかった場合には、当該第一加熱により生成された一酸化炭素の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた環状エーテル基(第一官能基)の量を算出する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, carbon monoxide (CO) (first compound gas) is produced by the first heating, and hydrogen deuteride (HD) and deuteride (D 2 ) are produced by the second heating. ) (Second compound gas) was not generated, based on the amount of carbon monoxide generated by the first heating, the cyclic ether group (the second compound gas) contained in the carbon material before the HD substitution treatment. Calculate the amount of monofunctional group).

また、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きい場合には、その差分に対応する当該第一化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基の量を算出する。 Further, assuming that all the first compound gas measured in the first heating step is derived from the second functional group, the second functional group calculated from the amount of the first compound gas measured in the first heating step. When the amount of is larger than the amount of the second functional group calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step, the amount of the first compound gas corresponding to the difference is determined from H-. The amount of the first functional group contained in the carbon material before the D substitution treatment is calculated.

具体的に、図2に示す例において、第一加熱により生成された一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が全てフェノール性水酸基(第二官能基)に由来すると仮定して当該第一加熱により生成された一酸化炭素の量から算出されるフェノール性水酸基の量が、第二加熱により生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)の量から算出されるフェノール性水酸基の量より大きい場合には、その差分に対応する一酸化炭素の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた環状エーテル基(第一官能基)の量を算出する。 Specifically, in the example shown in FIG. 2, it is assumed that all the carbon monoxide (CO) (first compound gas) generated by the first heating is derived from the phenolic hydroxyl group (second functional group). The amount of phenolic hydroxyl groups calculated from the amount of carbon monoxide produced by heating is the amount of hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) (second compound gas) produced by the second heating. If it is larger than the amount of phenolic hydroxyl groups calculated from the amount of, the amount of carbon monoxide corresponding to the difference indicates that the cyclic ether group (primary functional group) contained in the carbon material before the HD substitution treatment. Calculate the amount of base).

このように、本方法によれば、炭素材料に含まれる第一官能基と第二官能基とを区別して分析することができる。具体的に、図2に示す例では、まず、前処理工程において、環状エーテル基(第一官能基)、フェノール性水酸基(第二官能基)、及びエッジ水素原子を含み得る炭素材料にH−D置換処理を施すことにより、当該フェノール性水酸基のプロトン性水素原子を重水素原子(D)に置換する。 As described above, according to this method, the primary functional group and the secondary functional group contained in the carbon material can be analyzed separately. Specifically, in the example shown in FIG. 2, first, in the pretreatment step, H- is added to the carbon material which may contain a cyclic ether group (first functional group), a phenolic hydroxyl group (second functional group), and an edge hydrogen atom. By performing the D substitution treatment, the protonic hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group is replaced with a deuterium atom (D).

次いで、第一加熱工程において、H−D置換処理後の炭素材料を第一温度で加熱することにより、環状エーテル基、及び、重水素原子を含むフェノール性水酸基を熱分解し、生成された一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)を測定する。 Next, in the first heating step, the carbon material after the HD substitution treatment was heated at the first temperature to thermally decompose the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group containing a deuterium atom, and the one produced. Measure carbon oxide (CO) (first compound gas).

さらに、第二加熱工程において、第一加熱後の炭素材料を第二温度で加熱して、H−D置換処理後のフェノール性水酸基の熱分解に由来する重水素原子を炭素材料から脱離させることにより、生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)を測定する。 Further, in the second heating step, the carbon material after the first heating is heated at the second temperature to deuterium atoms derived from the thermal decomposition of the phenolic hydroxyl group after the HD substitution treatment from the carbon material. Thereby, the produced deuterium hydrogen (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) is measured.

その後、評価工程において、第一加熱工程で得られた一酸化炭素(CO)の測定結果、及び、第二加熱工程で得られたた重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)の測定結果に基づき、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基及びフェノール性水酸基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた環状エーテル基及びフェノール性水酸基からなる群より選択される1以上の量、を評価する。 After that, in the evaluation step, the measurement result of carbon monoxide (CO) obtained in the first heating step, and the hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) obtained in the second heating step. ), Based on the measurement result, whether or not the carbon material before the HD substitution treatment contained one or more selected from the group consisting of cyclic ether groups and phenolic hydroxyl groups, and / or the HD substitution treatment. One or more amounts selected from the group consisting of cyclic ether groups and phenolic hydroxyl groups contained in the previous carbon material are evaluated.

本方法では、第二加熱工程において、第二加熱により炭素材料から生成される含水素化合物ガス(図2において「第二加熱」により生成される、エッジ水素原子に由来する水素(H)に相当するガス)をさらに測定し、評価工程において、当該含水素化合物ガスの測定結果に基づいて、H−D加熱処理前の炭素材料がエッジ水素原子を含んでいたか否か、及び/又は、H−D加熱処理前の炭素材料に含まれていたエッジ水素原子の量、をさらに評価することとしてもよい。 In this method, in the second heating step, the hydrogen-containing compound gas produced from the carbon material by the second heating (hydrogen (H 2 ) derived from the edge hydrogen atom produced by the "second heating" in FIG. 2 ) is used. (Corresponding gas) was further measured, and in the evaluation step, based on the measurement result of the hydrogen-containing compound gas, whether or not the carbon material before the HD heat treatment contained edge hydrogen atoms and / or The amount of edge hydrogen atoms contained in the carbon material before the HD heat treatment may be further evaluated.

すなわち、上述のとおり、炭素材料がエッジ水素原子を含む場合、当該炭素材料の第二加熱によって、当該エッジ水素原子に由来する水素原子を含み、重水素原子を含まない含水素化合物ガスが生成される。 That is, as described above, when the carbon material contains an edge hydrogen atom, the second heating of the carbon material produces a hydrogen-containing compound gas containing a hydrogen atom derived from the edge hydrogen atom and not containing a deuterium atom. To.

そこで、第二加熱工程においては、このエッジ水素原子に由来する含水素化合物ガスを測定する。具体的に、第二加熱工程をTPD法により実施する場合、図2に示すように、含水素化合物ガスとして、水素(H)を測定する。また、第二加熱工程をTPO法により実施する場合、含水素化合物ガスとして、水(HO)を測定する。 Therefore, in the second heating step, the hydrogen-containing compound gas derived from this edge hydrogen atom is measured. Specifically, when the second heating step is carried out by the TPD method, hydrogen (H 2 ) is measured as the hydrogen-containing compound gas as shown in FIG. Further, when the second heating step carried out by TPO method, as the hydrogen containing compound gas, measuring the water (H 2 O).

評価工程においては、例えば、含水素化合物ガスの測定結果に基づいて、H−D置換処理前の炭素材料がエッジ水素原子を含んでいたか否かを判断する。具体的に、例えば、第二加熱工程において含水素化合物ガスが測定された場合には、H−D置換処理前の炭素材料がエッジ水素原子を含んでいたと判断する。すなわち、図2に示す例において、第二加熱後に水素(H)(含水素化合物ガス)が生成された場合には、H−D置換処理前の炭素材料がエッジ水素原子を含んでいたと判断する。一方、第二加熱工程において含水素化合物ガスが測定されなかった場合には、第一加熱前の炭素材料はエッジ水素原子を含んでいなかったと判断する。 In the evaluation step, for example, based on the measurement result of the hydrogen-containing compound gas, it is determined whether or not the carbon material before the HD substitution treatment contains an edge hydrogen atom. Specifically, for example, when the hydrogen-containing compound gas is measured in the second heating step, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment contains edge hydrogen atoms. That is, in the example shown in FIG. 2, when hydrogen (H 2 ) (hydrogen-containing compound gas) was generated after the second heating, it was said that the carbon material before the HD substitution treatment contained edge hydrogen atoms. to decide. On the other hand, when the hydrogen-containing compound gas was not measured in the second heating step, it is determined that the carbon material before the first heating did not contain edge hydrogen atoms.

また、第二加熱工程において測定された含水素化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたエッジ水素原子の量を算出する。具体的に、図2に示す例において、第二加熱により生成された水素(H)(含水素化合物ガス)の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたエッジ水素原子の量を算出する。 Further, the amount of edge hydrogen atoms contained in the carbon material before the HD substitution treatment is calculated from the amount of the hydrogen-containing compound gas measured in the second heating step. Specifically, in the example shown in FIG. 2, from the amount of hydrogen (H 2 ) (hydrogen-containing compound gas) generated by the second heating, the edge hydrogen atom contained in the carbon material before the HD substitution treatment Calculate the amount of.

このように、第二加熱により生成される含水素化合物ガスを測定することにより、炭素材料に含まれるエッジ水素原子についても第一官能基及び第二官能基と区別して分析することができる。 By measuring the hydrogen-containing compound gas generated by the second heating in this way, the edge hydrogen atom contained in the carbon material can also be analyzed separately from the first functional group and the second functional group.

図3には、本方法の他の例に含まれる工程を概略的に示す。本方法において分析の対象となる炭素材料は、下記(a3)〜(e3)の条件を満たす第三官能基(図3に示すカルボキシ基に相当する官能基)をさらに含み得ることとしてもよい:(a3)第三官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、(b3)第三官能基は、プロトン性水素原子と、第一官能基及び第二官能基に含まれる非水素原子と同一種の非水素原子(図3に示すカルボキシ基の酸素原子に相当する原子)とを含む;、(c3)第三官能基は、当該プロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、第一加熱により第一化合物ガスを生成しない;、(d3)第三官能基は、当該プロトン性水素原子が重水素原子と置換された後に、第一温度及び前記第二温度と異なる第三温度で加熱されることにより、熱分解して、当該非水素原子を含み第一化合物ガス及び前記第二化合物ガスと異なる第三化合物ガス(図3に示すカルボキシ基に由来する二酸化炭素(CO)に相当するガス)を生成するとともに、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子(図3においてカルボキシ基の「第三加熱」後に炭素六角網面に残っている重水素原子(D)に相当する重水素原子)を残す;、及び(e3)当該(d3)で残された当該重水素原子は、第二加熱により、脱離して、第二化合物ガスを生成する。 FIG. 3 schematically shows the steps included in other examples of this method. The carbon material to be analyzed in this method may further contain a third functional group (functional group corresponding to the carboxy group shown in FIG. 3) satisfying the following conditions (a3) to (e3): (A3) The third functional group is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network; (b3) The third functional group is a protonic hydrogen atom and the first and second functional groups. The contained non-hydrogen atom includes a non-hydrogen atom of the same type (an atom corresponding to the oxygen atom of the carboxy group shown in FIG. 3); (c3) In the third functional group, the protonic hydrogen atom is a deuterium atom. After being replaced with, the first heating does not produce the first compound gas; (d3) the third functional group is the first temperature and the second after the protonic hydrogen atom is replaced with a deuterium atom. By being heated at a third temperature different from the temperature, it is thermally decomposed, and the first compound gas containing the non-hydrogen atom and the third compound gas different from the second compound gas (derived from the carboxy group shown in FIG. 3). A gas corresponding to carbon dioxide (CO 2 ) is generated, and the deuterium atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface (in FIG. 3, after the "third heating" of the carboxy group, the carbon hexagonal network surface is formed. A dehydrogen atom corresponding to the remaining deuterium atom (D)) is left; and (e3) the deuterium atom left in the (d3) is desorbed by the second heating to be the second compound. Produces gas.

この場合、本方法は、H−D置換処理後、炭素材料を第三温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第三化合物ガスを測定する第三加熱工程をさらに含む。そして、評価工程においては、第一化合物ガスの測定結果と、第二化合物ガスの測定結果と、第三化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する。 In this case, the method further includes a third heating step of heating the carbon material at a third temperature after the HD substitution treatment and measuring the tertiary compound gas produced from the carbon material. Then, in the evaluation step, the carbon material before the HD substitution treatment is first functionalized based on the measurement result of the first compound gas, the measurement result of the second compound gas, and the measurement result of the third compound gas. Whether or not it contained one or more selected from the group consisting of a group, a second functional group and a third functional group, and / or the first functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment. , One or more amounts selected from the group consisting of secondary and tertiary functional groups.

第三官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合しており、プロトン性水素原子及び非水素原子を含む。具体的に、図3に示す例において、カルボキシ基(第三官能基)は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合しており、プロトン性水素原子及び酸素原子(非水素原子)を含む。 The third functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and contains a protonic hydrogen atom and a non-hydrogen atom. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carboxy group (third functional group) is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and contains a protonic hydrogen atom and an oxygen atom (non-hydrogen atom). ..

第三官能基に含まれる非水素原子の数は、第二官能基のそれと異なることとしてもよい。すなわち、第三官能基に含まれる非水素原子の数は、第二官能基のそれより大きいこととしてもよい。具体的に、図3に示す例において、カルボキシ基(第三官能基)に含まれる酸素原子(非水素原子)の数は、フェノール性水酸基(第二官能基)のそれより多い。 The number of non-hydrogen atoms contained in the third functional group may be different from that of the second functional group. That is, the number of non-hydrogen atoms contained in the third functional group may be larger than that of the second functional group. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the number of oxygen atoms (non-hydrogen atoms) contained in the carboxy group (third functional group) is larger than that of the phenolic hydroxyl group (second functional group).

第三官能基は、第二官能基に含まれる非水素原子と異なる他の非水素原子をさらに含むこととしてもよい。第二官能基に含まれず、第三官能基に含まれる他の非水素原子は、例えば、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子、及びホウ素原子からなる群より選択される1以上であることとしてもよく、炭素原子であることが好ましい。 The third functional group may further contain another non-hydrogen atom different from the non-hydrogen atom contained in the second functional group. The other non-hydrogen atom contained in the third functional group, which is not contained in the second functional group, is one or more selected from the group consisting of, for example, a carbon atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, and a boron atom. This may be a carbon atom, preferably a carbon atom.

具体的に、図3に示す例において、カルボキシ基(第三官能基)は、第二官能基には含まれない炭素原子(他の非水素原子)を含む。また、第二官能基が窒素原子を含まない場合、第三官能基は、アミノ基であってもよい。第二官能基がリン原子を含まない場合、第三官能基は、リン酸基であってもよい。第二官能基が硫黄原子を含まない場合、第三官能基は、スルホン酸基であってもよい。第二官能基がホウ素原子を含まない場合、第三官能基は、ホウ酸基であってもよい。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carboxy group (third functional group) contains a carbon atom (another non-hydrogen atom) that is not contained in the second functional group. Further, when the second functional group does not contain a nitrogen atom, the third functional group may be an amino group. If the second functional group does not contain a phosphorus atom, the third functional group may be a phosphate group. If the second functional group does not contain a sulfur atom, the third functional group may be a sulfonic acid group. If the second functional group does not contain a boron atom, the third functional group may be a boric acid group.

第三官能基は、第二官能基に含まれない非水素原子を介して、エッジの炭素原子に結合していることとしてもよい。具体的に、図3に示す例において、カルボキシ基(第三官能基)は、フェノール性水酸基(第二官能基)に含まれない炭素原子(他の非水素原子)を介して、エッジの炭素原子に結合している。 The third functional group may be bonded to the carbon atom of the edge via a non-hydrogen atom not contained in the second functional group. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carboxy group (third functional group) is an edge carbon via a carbon atom (another non-hydrogen atom) not contained in the phenolic hydroxyl group (second functional group). It is bonded to an atom.

第三官能基は、プロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、第一温度で加熱されても第一化合物ガスを生成しない。具体的に、図3に示す例において、H−D置換処理によってプロトン性水素原子が重水素原子(D)と置換されたカルボキシ基(第三官能基)は、第一加熱によっても一酸化炭素(第一化合物ガス)を生成しない。 The third functional group does not produce the first compound gas even when heated at the first temperature after the protic hydrogen atom is replaced with the deuterium atom. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carboxy group (tertiary functional group) in which the protonic hydrogen atom is replaced with the deuterium atom (D) by the HD substitution treatment is carbon monoxide even by the first heating. Does not produce (first compound gas).

第三官能基は、当該第三官能基に含まれるプロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、第三温度での加熱(以下、「第三加熱」という。)により、熱分解して、第三化合物ガスを生成するとともに、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子を残す。 The third functional group is thermally decomposed by heating at a third temperature (hereinafter referred to as "third heating") after the protic hydrogen atom contained in the third functional group is replaced with a deuterium atom. This produces a tertiary compound gas and leaves the deuterium atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network.

すなわち、プロトン性水素原子が重水素原子に置換された第三官能基(当該重水素原子と、非水素原子とを含む第三官能基)を第三温度で加熱すると、当該第三官能基は熱分解し、第三化合物ガスが生成される一方で、当該第三官能基に含まれていた当該重水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合し、炭素材料に残る。 That is, when a third functional group in which a protonic hydrogen atom is replaced with a deuterium atom (a third functional group containing the deuterium atom and a non-hydrogen atom) is heated at a third temperature, the third functional group becomes While the tertiary compound gas is produced by thermal decomposition, the deuterium atom contained in the third functional group is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and remains in the carbon material.

具体的に、図3に示す例において、プロトン性水素原子が重水素原子(D)に置換されたカルボキシ基(第三官能基)は、第三加熱により熱分解して、二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)を生成する一方で、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した当該重水素原子(D)を残す。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carboxy group (third functional group) in which the protic hydrogen atom is replaced with the deuterium atom (D) is thermally decomposed by the third heating and carbon dioxide (CO 2). ) (Third compound gas), while leaving the deuterium atom (D) bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network.

また、第三官能基がアミノ基である場合、第三加熱により、第三化合物ガスとして、アンモニアが生成される。第三官能基がリン酸基である場合、第三加熱により、第三化合物ガスとして、一酸化炭素が生成される。第三官能基がスルホン酸基である場合、第三加熱により、第三化合物ガスとして、二酸化硫黄が生成される。第三官能基がホウ酸基である場合、第三加熱により、第三化合物ガスとして、一酸化炭素が生成される。 When the tertiary functional group is an amino group, ammonia is generated as a tertiary compound gas by the tertiary heating. When the tertiary functional group is a phosphoric acid group, carbon monoxide is produced as a tertiary compound gas by the tertiary heating. When the tertiary functional group is a sulfonic acid group, sulfur dioxide is produced as a tertiary compound gas by the tertiary heating. When the tertiary functional group is a boric acid group, carbon monoxide is produced as a tertiary compound gas by the tertiary heating.

第三温度は、第三官能基が熱分解し、当該第三官能基の熱分解によって第三化合物ガスが生成され、且つ当該第三官能基の熱分解によって当該第三官能基に含まれていた重水素原子が、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合して残る温度である。第三温度は、第二温度より低い温度であることとしてもよい。第三温度は、第一温度より低い温度であることとしてもよい。第三温度は、第一官能基及び第二官能基が熱分解しない温度であることとしてもよい。 At the third temperature, the third functional group is thermally decomposed, the third functional group is thermally decomposed to generate a third compound gas, and the third functional group is thermally decomposed to be contained in the third functional group. It is the temperature at which the heavy hydrogen atom is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface and remains. The third temperature may be lower than the second temperature. The third temperature may be lower than the first temperature. The third temperature may be a temperature at which the first functional group and the second functional group are not thermally decomposed.

第三温度は、例えば、本方法において分析の対象として決定された第三官能基が、熱分解により第三化合物ガスを生成する温度として決定される。すなわち、第三温度は、例えば、第三官能基が、熱分解により第三化合物ガスを生成する温度として予め知られている温度である。 The third temperature is determined, for example, as the temperature at which the tertiary functional group determined to be analyzed in this method produces a tertiary compound gas by thermal decomposition. That is, the third temperature is, for example, a temperature known in advance as a temperature at which the third functional group produces a third compound gas by thermal decomposition.

具体的に、第三官能基がカルボキシ基であり、第三化合物ガスが二酸化炭素(CO)である図3に示す例において、第三温度は、例えば、0℃以上、600℃以下の温度であり、100℃以上、500℃以下の温度であってもよく、200℃以上、400℃以下の温度であってもよい。 Specifically, in the example shown in FIG. 3 in which the third functional group is a carboxy group and the third compound gas is carbon dioxide (CO 2 ), the third temperature is, for example, a temperature of 0 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. The temperature may be 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, or 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

本方法において、第三加熱工程は、第二加熱工程前に行うこととしてもよい。すなわち、第三温度での第三官能基の熱分解により炭素材料に残された重水素原子は、第二加熱工程において、当該第三温度と異なる第二温度(例えば、当該第三温度より高い第二温度)での加熱により、当該炭素材料から脱離して、当該重水素原子を含む第二化合物ガスを生成する。 In this method, the third heating step may be performed before the second heating step. That is, the deuterium atom left in the carbon material by the thermal decomposition of the third functional group at the third temperature is higher than the third temperature (for example, higher than the third temperature) in the second heating step. By heating at (second temperature), it is desorbed from the carbon material to generate a second compound gas containing the deuterium atom.

すなわち、第三温度での加熱によりエッジの炭素原子に結合した、第三官能基に由来する重水素原子を、その後、第二温度でさらに加熱することにより、脱離して、第二化合物ガスを生成する。 That is, the deuterium atom derived from the third functional group bonded to the carbon atom of the edge by heating at the third temperature is then desorbed by further heating at the second temperature to release the second compound gas. Generate.

また、本方法において、第三加熱工程は、第一加熱工程前に行うこととしてもよい。また、第三温度は、第一温度より低いこととしてもよい。 Further, in this method, the third heating step may be performed before the first heating step. Further, the third temperature may be lower than the first temperature.

具体的に、図3に示す例において、第一温度より低い第三温度での第三加熱によるカルボキシ基(第三官能基)の熱分解により炭素材料に残された重水素原子(D)は、その後、当該第三温度より高い第二温度での第二加熱により、当該炭素材料から脱離して、重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)を生成する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, the deuterium atom (D) left in the carbon material due to the thermal decomposition of the carboxy group (third functional group) by the third heating at the third temperature lower than the first temperature is After that, deuterium hydrogen (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) is desorbed from the carbon material by the second heating at the second temperature higher than the third temperature. Generate.

第一官能基、第二官能基及び第三官能基に共通して含まれる非水素原子は、図3の例に示すように、酸素原子であることが好ましい。この場合、第三官能基は、プロトン性水素原子と、酸素原子とを含む。 The non-hydrogen atom commonly contained in the first functional group, the second functional group and the third functional group is preferably an oxygen atom as shown in the example of FIG. In this case, the tertiary functional group contains a protonic hydrogen atom and an oxygen atom.

また、第三官能基は、第一官能基及び第二官能基に含まれない他の非水素原子をさらに含むこととしてもよい。すなわち、第三官能基は、図3の例に示すように、炭素原子を含むこととしてもよい。この場合、第三官能基は、プロトン性水素原子と、酸素原子と、炭素原子とを含む。 Further, the tertiary functional group may further contain other non-hydrogen atoms not contained in the primary functional group and the secondary functional group. That is, the third functional group may contain a carbon atom as shown in the example of FIG. In this case, the tertiary functional group contains a protonic hydrogen atom, an oxygen atom and a carbon atom.

図3の例に示すように、第三官能基は、カルボキシ基であることが好ましい。この場合、第三化合物ガスは、二酸化炭素(CO)であることとしてもよい。 As shown in the example of FIG. 3, the third functional group is preferably a carboxy group. In this case, the tertiary compound gas may be carbon dioxide (CO 2 ).

第三加熱工程においては、H−D置換処理後の炭素材料を第三温度で加熱して、当該炭素材料から生成される第三化合物ガスを測定する。具体的に、図3に示す例において、H−D置換処理後の炭素材料を、第一温度より低い第三温度で加熱して、当該炭素材料から生成される二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)を測定する。 In the third heating step, the carbon material after the HD substitution treatment is heated at the third temperature, and the third compound gas generated from the carbon material is measured. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the carbon material after the HD substitution treatment is heated at a third temperature lower than the first temperature, and carbon dioxide (CO 2 ) produced from the carbon material (the first). Three compound gas) is measured.

第三加熱工程において炭素材料を第三温度で加熱する方法は、特に限られないが、例えば、当該第三温度より低い温度から、当該第三温度より高い温度まで、連続的に温度を上昇させながら加熱する方法が好ましく用いられる。 The method of heating the carbon material at the third temperature in the third heating step is not particularly limited, but for example, the temperature is continuously raised from a temperature lower than the third temperature to a temperature higher than the third temperature. The method of heating while heating is preferably used.

第三加熱工程において第三加熱を実施する方法、及び第三化合物ガスを測定する方法は、特に限られないが、TPD法が好ましく用いられる。第三加熱は、真空下(例えば、1×10−1Pa以下、好ましくは1×10−3Pa以下の高真空下)又は不活性雰囲気下(例えば、窒素ガス及びアルゴンガスからなる群より選択される1種以上の不活性ガス雰囲気下)で行うことが好ましい。 The method of carrying out the third heating in the third heating step and the method of measuring the third compound gas are not particularly limited, but the TPD method is preferably used. The third heating is selected from the group consisting of vacuum (for example, 1 × 10 -1 Pa or less, preferably 1 × 10 -3 Pa or less, high vacuum) or an inert atmosphere (for example, nitrogen gas and argon gas). It is preferable to carry out in an atmosphere of one or more kinds of inert gases.

また、第三加熱は、例えば、第三温度より低い所定の温度から、当該第三温度より高い所定の温度まで、所定の昇温速度(例えば、2℃/分以上、50℃/分以下)で温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該温度が上昇する間に当該炭素材料から生成された第三化合物ガスを測定する。 Further, the third heating is performed, for example, from a predetermined temperature lower than the third temperature to a predetermined temperature higher than the third temperature at a predetermined heating rate (for example, 2 ° C./min or more, 50 ° C./min or less). The carbon material is heated while raising the temperature with, and the third compound gas generated from the carbon material is measured while the temperature rises.

本方法においては、第一加熱工程、第二加熱工程及び第三工程をTPD法により実施することとしてもよいし、第一加熱工程及び第三加熱工程をTPD法により実施し、第二加熱工程をTPO法により実施することとしてもよいが、第一加熱工程、第二加熱工程及び第三加熱工程をTPD法により実施することが好ましい。第一加熱工程、第二加熱工程及び第三工程をTPD法により実施する場合、1つのTPD分析装置を用いて第一加熱工程、第二加熱工程及び第三加熱工程を連続的に実施することとしてもよい。 In this method, the first heating step, the second heating step and the third step may be carried out by the TPD method, or the first heating step and the third heating step may be carried out by the TPD method and the second heating step. Although it may be carried out by the TPO method, it is preferable to carry out the first heating step, the second heating step and the third heating step by the TPD method. When the first heating step, the second heating step and the third step are carried out by the TPD method, the first heating step, the second heating step and the third heating step are continuously carried out using one TPD analyzer. May be.

すなわち、第一加熱工程、第二加熱工程及び第三工程をTPD法により実施する場合、H−D置換処理後、真空下又は不活性雰囲気下で、第三温度より低い所定の温度から、当該第三温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第三化合物ガスの量を測定し、次いで、第一温度より低い所定の温度から、当該第一温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第一化合物ガスの量を測定し、その後、第二温度より低い所定の温度から、当該第二温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら当該炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第二化合物ガスの量を測定する。この場合、第二温度としては、第一温度より高い温度が用いられる。 That is, when the first heating step, the second heating step and the third step are carried out by the TPD method, after the HD substitution treatment, the temperature is lower than the third temperature under vacuum or in an inert atmosphere. The carbon material is heated while raising the temperature to a predetermined temperature higher than the third temperature, the amount of the third compound gas produced from the carbon material is measured, and then from a predetermined temperature lower than the first temperature. The carbon material is heated while raising the temperature to a predetermined temperature higher than the first temperature, the amount of the first compound gas produced from the carbon material is measured, and then the predetermined temperature lower than the second temperature is measured. The carbon material is heated while raising the temperature from the temperature to a predetermined temperature higher than the second temperature, and the amount of the second compound gas produced from the carbon material is measured. In this case, a temperature higher than the first temperature is used as the second temperature.

また、第二加熱工程をTPO法により実施する場合、H−D置換処理後、真空下又は不活性雰囲気下で、第三温度より低い所定の温度から、当該第三温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第三化合物ガスの量を測定し、次いで、当該第一温度より低い所定の温度から、当該第一温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第一化合物ガスの量を測定し、その後、酸化雰囲気下で、第二温度より低い所定の温度から、当該第二温度より高い所定の温度まで、温度を上昇させながら当該炭素材料を加熱するとともに、当該炭素材料から生成された第二化合物ガスの量を測定する。この場合、第一加熱工程は、TPD法により実施してもよい。また、第三加熱工程は、TPD法により実施してもよい。また、第二温度としては、第一温度より低い温度が用いられる。 When the second heating step is carried out by the TPO method, after the HD substitution treatment, from a predetermined temperature lower than the third temperature to a predetermined temperature higher than the third temperature under vacuum or an inert atmosphere. , The carbon material is heated while raising the temperature, and the amount of the third compound gas generated from the carbon material is measured, and then from a predetermined temperature lower than the first temperature to a predetermined temperature higher than the first temperature. The carbon material is heated while raising the temperature to the above temperature, and the amount of the first compound gas produced from the carbon material is measured. Then, in an oxidizing atmosphere, from a predetermined temperature lower than the second temperature, The carbon material is heated while raising the temperature to a predetermined temperature higher than the second temperature, and the amount of the second compound gas generated from the carbon material is measured. In this case, the first heating step may be carried out by the TPD method. Further, the third heating step may be carried out by the TPD method. Further, as the second temperature, a temperature lower than the first temperature is used.

評価工程においては、第一加熱工程で得られた第一化合物ガスの測定結果と、第二加熱工程で得られた第二化合物ガスの測定結果と、第三加熱工程で得られた第三化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する。 In the evaluation step, the measurement result of the first compound gas obtained in the first heating step, the measurement result of the second compound gas obtained in the second heating step, and the third compound obtained in the third heating step. Whether or not the carbon material before the HD substitution treatment contained one or more selected from the group consisting of a primary functional group, a secondary functional group and a tertiary functional group based on the measurement result of the gas. And / or an amount of one or more selected from the group consisting of the primary functional group, the secondary functional group and the tertiary functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is evaluated.

すなわち、評価工程においては、例えば、第一化合物ガスの測定結果と、第二化合物ガスの測定結果と、第三化合物ガスの測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否かを判断する。 That is, in the evaluation step, for example, based on the measurement result of the first compound gas, the measurement result of the second compound gas, and the measurement result of the third compound gas, the carbon material before the HD substitution treatment is the first. It is determined whether or not one or more selected from the group consisting of a monofunctional group, a second functional group and a tertiary functional group was contained.

具体的に、例えば、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定された場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第三官能基を含んでいたと判断する。すなわち、図3に示す例において、第三加熱により二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)が生成された場合には、H−D置換処理前の炭素材料がカルボキシ基(第三官能基)を含んでいたと判断する。一方、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定されなかった場合には、H−D置換処理前の炭素材料は第三官能基を含んでいなかったと判断する。 Specifically, for example, when the tertiary compound gas is measured in the third heating step, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment contains the tertiary functional group. That is, in the example shown in FIG. 3, when carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) is generated by the third heating, the carbon material before the HD substitution treatment is a carboxy group (third functional group). ) Was included. On the other hand, when the tertiary compound gas is not measured in the third heating step, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment does not contain the tertiary functional group.

また、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定された場合において、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスが全て第三官能基に由来すると仮定して当該第二加熱工程で測定された当該第二化合物ガスの量から算出される第三官能基の量が、第三加熱工程で測定された第三化合物ガスの量から算出される第三官能基の量より大きい場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第二官能基をさらに含んでいたと判断する。 Further, when the third compound gas is measured in the third heating step, it is measured in the second heating step on the assumption that all the second compound gas measured in the second heating step is derived from the third functional group. When the amount of the third functional group calculated from the amount of the second compound gas is larger than the amount of the third functional group calculated from the amount of the third compound gas measured in the third heating step, It is determined that the carbon material before the HD substitution treatment further contained a second functional group.

具体的に、図3に示す例において、第二加熱によって生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が全てカルボキシ基(第三官能基)に由来すると仮定して当該第二加熱工程で測定された当該重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)の量から算出されるカルボキシ基の量が、第三加熱によって生成された二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)の量から算出されるカルボキシ基の量より大きい場合には、H−D置換処理前の炭素材料がフェノール性水酸基(第二官能基)をさらに含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) (second compound gas) generated by the second heating are all carboxy groups (third functional groups). the amount of carboxy group is calculated from the amount of assuming the second measured at the heating step was the hydrogen deuteride and derived (HD) and / or deuterium (D 2) in is generated by the third heating If it is larger than the amount of carboxy group calculated from the amount of carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas), the carbon material before the HD substitution treatment further adds a phenolic hydroxyl group (second functional group). Judge that it was included.

一方、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスが全て第三官能基に由来すると仮定して、当該第二加熱工程で測定された当該第二化合物ガスの量から算出される第三官能基の量が、第三加熱工程で測定された第三化合物ガスの量から算出される第三官能基の量より大きくない場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第二官能基を含んでいなかったと判断する。 On the other hand, assuming that all the second compound gas measured in the second heating step is derived from the third functional group, the third functionality calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step. If the amount of groups is not greater than the amount of tertiary functional groups calculated from the amount of tertiary compound gas measured in the third heating step, the carbon material before the HD substitution treatment is the secondary functional groups. It is judged that it did not contain.

また、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定されず、且つ、第二加熱工程で第二化合物ガスが測定された場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第二官能基を含んでいたと判断する。 Further, when the third compound gas is not measured in the third heating step and the second compound gas is measured in the second heating step, the carbon material before the HD substitution treatment contains the second functional group. Judge that it was included.

具体的に、図3に示す例において、第三加熱によって二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)が生成されず、且つ、第二加熱によって重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が生成された場合には、H−D置換処理前の炭素材料がフェノール性水酸基(第二官能基)を含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) is not generated by the third heating, and hydrogen deuteride (HD) and / or deuteride is generated by the second heating. When (D 2 ) (second compound gas) is produced, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment contains a phenolic hydroxyl group (second functional group).

また、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定された場合において、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して、当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きい場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基をさらに含んでいたと判断する。 Further, when the second compound gas is measured in the second heating step, it is assumed that all the first compound gas measured in the first heating step is derived from the second functional group, and the measurement is performed in the first heating step. When the amount of the second functional group calculated from the amount of the first compound gas obtained is larger than the amount of the second functional group calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step. , It is determined that the carbon material before the HD substitution treatment further contained the primary functional group.

具体的に、図3に示す例において、第一加熱によって生成された一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が全てフェノール性水酸基(第二官能基)に由来すると仮定して当該一酸化炭素の量から算出される当該フェノール性水酸基の量が、第二加熱によって生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)の量から算出されるフェノール性水酸基の量より大きい場合には、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基(第一官能基)をさらに含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, it is assumed that all the carbon monoxide (CO) (first compound gas) generated by the first heating is derived from the phenolic hydroxyl group (second functional group). The amount of the phenolic hydroxyl group calculated from the amount of carbon is calculated from the amount of hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) (second compound gas) produced by the second heating. If it is larger than the amount of phenolic hydroxyl groups, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment further contained a cyclic ether group (primary functional group).

一方、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して、当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きくない場合には、H−D置換処理前の炭素材料は第一官能基を含んでいなかったと判断する。 On the other hand, assuming that all the first compound gas measured in the first heating step is derived from the second functional group, the second functionality calculated from the amount of the first compound gas measured in the first heating step. If the amount of groups is not greater than the amount of second functional groups calculated from the amount of second compound gas measured in the second heating step, the carbon material before the HD substitution treatment is the first functional groups. It is judged that it did not contain.

また、第一加熱工程で第一化合物ガスが測定され、且つ、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定されなかった場合には、H−D置換処理前の炭素材料が第一官能基を含んでいたと判断する。 When the first compound gas is measured in the first heating step and the second compound gas is not measured in the second heating step, the carbon material before the HD substitution treatment contains the first functional group. Judge that it was included.

具体的に、図3に示す例において、第一加熱によって一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)が生成され、且つ、第二加熱によって重水素化水素(HD)及び重水素(D)(第二化合物ガス)が生成されなかった場合には、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基(第一官能基)を含んでいたと判断する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, carbon monoxide (CO) (first compound gas) is produced by the first heating, and hydrogen deuteride (HD) and deuteride (D 2 ) are produced by the second heating. ) (Second compound gas) was not produced, it is determined that the carbon material before the HD substitution treatment contained a cyclic ether group (first functional group).

評価工程においては、例えば、第一化合物ガスの測定結果と、第二化合物ガスの測定結果と、第三化合物の測定結果とに基づいて、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基、第二官能基及び第三官能基からなる群より選択される1以上の量を算出する。 In the evaluation step, for example, it was contained in the carbon material before the HD substitution treatment based on the measurement result of the first compound gas, the measurement result of the second compound gas, and the measurement result of the third compound. The amount of one or more selected from the group consisting of the first functional group, the second functional group and the third functional group is calculated.

具体的に、例えば、第三加熱工程において測定された第三化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第三官能基の量を算出する。すなわち、図3に示す例において、第三加熱により生成された二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたカルボキシ基(第三官能基)の量を算出する。 Specifically, for example, the amount of the tertiary functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is calculated from the amount of the tertiary compound gas measured in the third heating step. That is, in the example shown in FIG. 3, based on the amount of carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) generated by the third heating, the carboxy group (third) contained in the carbon material before the HD substitution treatment. Calculate the amount of trifunctional group).

一方、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定されず、且つ、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定された場合には、当該第二加熱工程において測定された当該第二化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第二官能基の量を算出する。 On the other hand, when the third compound gas is not measured in the third heating step and the second compound gas is measured in the second heating step, the second compound gas measured in the second heating step From the amount, the amount of the second functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is calculated.

具体的に、図3に示す例において、第三加熱により二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)が生成され、且つ、第二加熱により重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が生成された場合には、当該第二加熱により生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたフェノール性水酸基(第二官能基)の量を算出する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) is generated by the third heating, and hydrogen deuteride (HD) and / or hydrogen deuteride (HD) and / or deuteride (the third compound gas) is generated by the second heating. When D 2 ) (second compound gas) is generated, HD substitution treatment is performed from the amount of hydrogen deuteride (HD) and / or deuteride (D 2 ) generated by the second heating. Calculate the amount of phenolic hydroxyl group (second functional group) contained in the previous carbon material.

また、第二加熱工程で測定された第二化合物ガスが全て第三官能基に由来すると仮定して当該第二加熱工程で測定された当該第二化合物ガスの量から算出される第三官能基の量が、第三加熱工程で測定された第三化合物ガスの量から算出される第三官能基の量より大きい場合には、その差分に対応する当該第二化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第二官能基の量を算出する。 Further, assuming that all the second compound gas measured in the second heating step is derived from the third functional group, the third functional group calculated from the amount of the second compound gas measured in the second heating step. When the amount of the third functional group is larger than the amount of the third functional group calculated from the amount of the third compound gas measured in the third heating step, from the amount of the second compound gas corresponding to the difference, H- The amount of the second functional group contained in the carbon material before the D substitution treatment is calculated.

具体的に、図3に示す例において、第二加熱により生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が全てカルボキシ基(第三官能基)に由来すると仮定して当該第二加熱により生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)の量から算出されるカルボキシ基の量が、第三加熱により生成された二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)の量から算出されるカルボキシ基の量より大きい場合には、その差分に対応する一酸化炭素の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたフェノール性水酸基(第二官能基)の量を算出する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) (second compound gas) generated by the second heating are all carboxy groups (third functional groups). The amount of carboxy group calculated from the amount of hydrogen dehydrogenated (HD) and / or dehydrogen (D 2 ) produced by the second heating, assuming that it is derived from If it is larger than the amount of carboxy group calculated from the amount of carbon (CO 2 ) (third compound gas), it is included in the carbon material before HD substitution treatment from the amount of carbon monoxide corresponding to the difference. Calculate the amount of phenolic hydroxyl group (second functional group).

また、第三加熱工程において第三化合物ガスが測定され、且つ、第二加熱工程において第二化合物ガスが測定された場合において、第一加熱工程で測定された第一化合物ガスが全て第二官能基に由来すると仮定して当該第一加熱工程で測定された当該第一化合物ガスの量から算出される第二官能基の量が、上述のように第二化合物ガス及び第三化合物ガスの量から算出される第二官能基の量より大きい場合には、その差分に対応する当該第一化合物ガスの量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた第一官能基の量を算出する。 Further, when the third compound gas is measured in the third heating step and the second compound gas is measured in the second heating step, all the first compound gases measured in the first heating step are second functional. The amount of the second functional group calculated from the amount of the first compound gas measured in the first heating step assuming that it is derived from the group is the amount of the second compound gas and the third compound gas as described above. If it is larger than the amount of the second functional group calculated from, the amount of the first functional group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is taken from the amount of the first compound gas corresponding to the difference. Is calculated.

具体的に、図3に示す例において、第三加熱により二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)が生成され、且つ、第二加熱により重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)が生成された場合において、第一加熱により生成された一酸化炭素(C)(第一化合物ガス)が全てフェノール性水酸基(第二官能基)に由来すると仮定して当該第一加熱により生成された一酸化炭素の量から算出されるフェノール性水酸基の量が、上述のように重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)、及び二酸化炭素(CO)の量から算出されるフェノール性水酸基の量より大きい場合には、その差分に対応する一酸化炭素の量から、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた環状エーテル基(第一官能基)の量を算出する。 Specifically, in the example shown in FIG. 3, carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) is generated by the third heating, and hydrogen peroxide (HD) and / or phenol (hydrogen) is generated by the second heating. When D 2 ) (second compound gas) is generated, it is assumed that all carbon monoxide (C) (first compound gas) generated by the first heating is derived from a phenolic hydroxyl group (second functional group). The amount of phenolic hydroxyl groups calculated from the amount of carbon monoxide produced by the first heating is hydrogen dehydride (HD) and / or dehydrogen (D 2 ), and carbon dioxide as described above. If it is larger than the amount of phenolic hydroxyl group calculated from the amount of (CO 2 ), the cyclic ether group contained in the carbon material before the HD substitution treatment is determined from the amount of carbon monoxide corresponding to the difference. Calculate the amount of (first functional group).

このように、本方法によれば、炭素材料に第三官能基が含まれる場合であっても、当該炭素材料に含まれる第一官能基と第二官能基とを区別して分析することができる。具体的に、図3に示す例では、まず、前処理工程において、環状エーテル基(第一官能基)、フェノール性水酸基(第二官能基)、カルボキシ基(第三官能基)、及びエッジ水素原子を含み得る炭素材料にH−D置換処理を施すことにより、当該フェノール性水酸基のプロトン性水素原子、及びカルボキシ基のプロトン性水素原子を、それぞれ重水素原子(D)に置換する。 As described above, according to this method, even when the carbon material contains a tertiary functional group, the primary functional group and the secondary functional group contained in the carbon material can be distinguished and analyzed. .. Specifically, in the example shown in FIG. 3, first, in the pretreatment step, a cyclic ether group (first functional group), a phenolic hydroxyl group (second functional group), a carboxy group (third functional group), and an edge hydrogen. By subjecting a carbon material containing an atom to an HD substitution treatment, the protonal hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group and the protonic hydrogen atom of the carboxy group are each replaced with a heavy hydrogen atom (D).

次いで、第三加熱工程において、H−D置換処理後の炭素材料を第三温度で加熱することにより、カルボキシ基を熱分解し、生成された二酸化炭素(CO)(第三化合物ガス)を測定する。 Next, in the third heating step, the carbon material after the HD substitution treatment is heated at the third temperature to thermally decompose the carboxy group, and the produced carbon dioxide (CO 2 ) (third compound gas) is produced. Measure.

さらに、第一加熱工程において、第三加熱後の炭素材料を第一温度で加熱することにより、環状エーテル基、及び、重水素原子を含むフェノール性水酸基を熱分解し、生成された一酸化炭素(CO)(第一化合物ガス)を測定する。 Further, in the first heating step, by heating the carbon material after the third heating at the first temperature, the cyclic ether group and the phenolic hydroxyl group containing the deuterium atom are thermally decomposed to generate carbon monoxide. (CO) (first compound gas) is measured.

さらに、第二加熱工程において、第一加熱後の炭素材料を第二温度で加熱して、H−D置換処理後のフェノール性水酸基の熱分解に由来する重水素原子、及びH−D置換処理後のカルボキシ基の熱分解に由来する重水素原子をそれぞれ脱離させることにより、生成された重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)(第二化合物ガス)を測定する。 Further, in the second heating step, the carbon material after the first heating is heated at the second temperature, and the deuterium atom derived from the thermal decomposition of the phenolic hydroxyl group after the HD substitution treatment and the HD substitution treatment Deuterium hydrogen (HD) and / or deuterium (D 2 ) (second compound gas) produced is measured by desorbing deuterium atoms derived from the subsequent thermal decomposition of the carboxy group.

その後、評価工程において、第三加熱工程で得られた二酸化炭素(CO)の測定結果、第一加熱工程で得られた一酸化炭素(CO)の測定結果、及び、第二加熱工程で得られたた重水素化水素(HD)及び/又は重水素(D)の測定結果に基づき、H−D置換処理前の炭素材料が環状エーテル基、フェノール性水酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていた環状エーテル基、フェノール性水酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される1以上の量、を評価する。 After that, in the evaluation step, the measurement result of carbon dioxide (CO 2 ) obtained in the third heating step, the measurement result of carbon monoxide (CO) obtained in the first heating step, and the measurement result of the second heating step were obtained. Based on the measurement results of dehydrogenated hydrogen (HD) and / or dehydrogenated hydrogen (D 2 ), the carbon material before the HD substitution treatment was composed of a cyclic ether group, a phenolic hydroxyl group, and a carboxy group. Whether or not it contained one or more selected, and / or selected from the group consisting of cyclic ether groups, phenolic hydroxyl groups, and carboxy groups contained in the carbon material before the HD substitution treatment. Evaluate the above amount.

また、第二加熱工程において、第二加熱により生成される、エッジ水素原子に由来する水素(H)(含水素化合物ガス)をさらに測定し、評価工程において、当該水素(H)の測定結果に基づいて、H−D置換処理前の炭素材料がエッジ水素原子を含んでいたか否か、及び/又は、H−D置換処理前の炭素材料に含まれていたエッジ水素原子の量、をさらに評価することとしてもよい。 Further, in the second heating step, hydrogen (H 2 ) (hydrogen-containing compound gas) derived from the edge hydrogen atom generated by the second heating is further measured, and in the evaluation step, the hydrogen (H 2 ) is measured. Based on the results, whether or not the carbon material before the HD substitution treatment contained edge hydrogen atoms and / or the amount of edge hydrogen atoms contained in the carbon material before the HD substitution treatment, May be further evaluated.

次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。 Next, a specific embodiment according to the present embodiment will be described.

[炭素材料の調製(水素−重水素置換処理)]
炭素材料としては、市販の活性炭(MSC30、Kansai Coke & Chemicals Co., Ltd.)(以下、「MSC」という。)を用いた。
[Preparation of carbon material (hydrogen-deuterium substitution treatment)]
As the carbon material, commercially available activated carbon (MSC30, Kansai Cake & Chemicals Co., Ltd.) (hereinafter referred to as “MSC”) was used.

また、MSCを、脱水した空気の流通下,425℃で8時間、加熱処理することにより、酸素処理されたMSC(以下、「MSC−O」という。)を得た。また、MSCを、80℃の30w/v%過酸化水素(H)水溶液中に2時間浸漬することにより、過酸化水素処理されたMSC(以下、「MSC−H」という。)を得た。 Further, the MSCs were heat-treated at 425 ° C. for 8 hours under the flow of dehydrated air to obtain oxygen-treated MSCs (hereinafter referred to as "MSC-O 2 "). Further, the MSC is treated with hydrogen peroxide by immersing the MSC in a 30 w / v% hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) aqueous solution at 80 ° C. for 2 hours (hereinafter referred to as “MSC-H 2 O 2 ”). .) Was obtained.

そして、これら3種類の炭素材料にH−D置換処理を施した。すなわち、各炭素材料を、真空封止可能なバイアル瓶に入れ、真空乾燥した。次いで、バイアル瓶を真空封止した状態で、シリンジを用いて、重水(DO)を当該バイアル瓶に導入することにより、当該バイアル瓶内で炭素材料を当該重水に懸濁した。その後、炭素材料を含む重水の懸濁液をTPD分析装置の試料台に入れ、当該TPD分析装置内で当該懸濁液を凍結乾燥した。 Then, these three types of carbon materials were subjected to HD substitution treatment. That is, each carbon material was placed in a vacuum-sealable vial and vacuum dried. Then, in a state in which the vial vacuum sealing, using a syringe, by introducing heavy water (D 2 O) to the vial and suspended carbon material in the heavy water in the vial. Then, a suspension of heavy water containing a carbon material was placed on a sample table of the TPD analyzer, and the suspension was freeze-dried in the TPD analyzer.

こうして、H−D置換処理が施されたMSC(以下、「MSC(DO)」という。)、MSC−O(以下、「MSC−O(DO)」という。)、及びMSC−H(以下、「MSC−H(DO)」という。)を得た。 Thus, MSC where H-D replacement process is performed (hereinafter, referred to as "MSC (D 2 O)".), MSC-O 2 (hereinafter, referred to as "MSC-O 2 (D 2 O ) ".), And MSC-H 2 O 2 (hereinafter referred to as "MSC-H 2 O 2 (D 2 O)") was obtained.

[昇温脱離法]
凍結乾燥後の炭素材料が試料台に設置されたTPD分析装置において、1×10−3Pa以下の高真空下で、0℃から1600℃まで、昇温速度10℃/分で温度を上昇させながら当該炭素材料を加熱し、当該0℃から1600℃まで温度が上昇する期間に生成された脱離ガス(具体的には、CO、CO、H、HD、及びD)をQMSにて測定した。また、比較のため、H−D置換処理が施されていないMSCについても同様にTPD法による脱離ガスの測定を行った。
[Hot temperature desorption method]
In the TPD analyzer installed on the sample table, the carbon material after freeze-drying is raised in temperature from 0 ° C. to 1600 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under a high vacuum of 1 × 10 -3 Pa or less. While heating the carbon material, the desorbed gas (specifically, CO, CO 2 , H 2 , HD, and D 2 ) generated during the period when the temperature rises from 0 ° C. to 1600 ° C. is used as QMS. Was measured. For comparison, the desorbed gas was also measured by the TPD method for the MSCs that had not been subjected to the HD substitution treatment.

[結果]
図4A、及び図4Bには、MSCについて得られたCO及びCOのTPDスペクトル、及びHのTPDスペクトルをそれぞれ示す。図5A、及び図5Bには、MSC(DO)について得られたCO及びCOのTPDスペクトル、及びH、HD及びDのTPDスペクトルをそれぞれ示す。図6A、及び図6Bには、MSC−O(DO)について得られたCO及びCOのTPDスペクトル、及びH、HD及びDのTPDスペクトルをそれぞれ示す。図7A、及び図7Bには、MSC−H(DO)について得られたCO及びCOのTPDスペクトル、及びH、HD及びDのTPDスペクトルをそれぞれ示す。
[result]
4A and 4B show the TPD spectra of CO and CO 2 obtained for MSCs and the TPD spectra of H 2 , respectively. 5A and 5B show the TPD spectra of CO and CO 2 obtained for MSC (D 2 O) and the TPD spectra of H 2 , HD and D 2 , respectively. 6A and 6B show the TPD spectra of CO and CO 2 obtained for MSC-O 2 (D 2 O) and the TPD spectra of H 2 , HD and D 2 , respectively. 7A and 7B show the TPD spectra of CO and CO 2 obtained for MSC-H 2 O 2 (D 2 O) and the TPD spectra of H 2 , HD and D 2 , respectively.

図5B、図6B及び図7Bに示すように、MSC(DO)、MSC−O(DO)、及びMSC−H(DO)のTPDスペクトルにおいて、D及びHDの脱離が確認されたが、HOの脱離は確認されなかった。 As shown in FIGS. 5B, 6B and 7B, in the TPD spectra of MSC (D 2 O), MSC-O 2 (D 2 O), and MSC-H 2 O 2 (D 2 O), D 2 and elimination of HD has been confirmed, but the elimination of H 2 O was not confirmed.

図8には、MSC、MSC(DO)、MSC−O(DO)、及びMSC−H(DO)のそれぞれについて、TPD法による測定結果に基づいて得られた、一酸化炭素(CO)の生成量(mmol/g)、重水素(D)原子の総量(mmol/g)、水素(H)原子の総量(mmol/g)、及び二酸化炭素(COの生成量(mmol/g)を示す。 In FIG. 8, each of MSC, MSC (D 2 O), MSC-O 2 (D 2 O), and MSC-H 2 O 2 (D 2 O) was obtained based on the measurement results by the TPD method. In addition, the amount of carbon monoxide (CO) produced (mmol / g), the total amount of deuterium (D) atoms (mmol / g), the total amount of hydrogen (H) atoms (mmol / g), and carbon dioxide (CO 2 ). The amount of production (mmol / g) is shown.

また、図9には、MSC、MSC(DO)、MSC−O(DO)、及びMSC−H(DO)のそれぞれについて、図8に示す定量結果に基づいて求められた、カルボキシ基の量(mmol/g)、環状エーテル基の量(mmol/g)、フェノール性水酸基の量(mmol/g)、及びエッジ水素原子の量(mmol/g)を示す。 Further, in FIG. 9, MSC, MSC (D 2 O ), for each of the MSC-O 2 (D 2 O ), and MSC-H 2 O 2 (D 2 O), based on the quantitation result shown in FIG. 8 The amount of the carboxy group (mmol / g), the amount of the cyclic ether group (mmol / g), the amount of the phenolic hydroxyl group (mmol / g), and the amount of the edge hydrogen atom (mmol / g) obtained are shown. ..

図9に示す各炭素材料におけるカルボキシ基、環状エーテル基、フェノール性水酸基、及びエッジ水素原子の含有量は、次のようにして算出した。すなわち、第一加熱によって生成した一酸化炭素の量(P:図8参照)から、環状エーテル基の量とフェノール性水酸基の量との総和を求めた。第二加熱によって生成した重水素の量と重水素化合物の量とから重水素原子の総量(Q:図8参照)を求めた。第二加熱によって生成した水素の量と重水素化合物の量とから水素原子の総量(R:図8参照)を求めた。第三加熱によって生成した二酸化炭素の量(S:図8参照)からカルボキシ基の量を求めた。 The contents of the carboxy group, the cyclic ether group, the phenolic hydroxyl group, and the edge hydrogen atom in each carbon material shown in FIG. 9 were calculated as follows. That is, the sum of the amount of the cyclic ether group and the amount of the phenolic hydroxyl group was obtained from the amount of carbon monoxide produced by the first heating (P: see FIG. 8). The total amount of deuterium atoms (Q: see FIG. 8) was determined from the amount of deuterium produced by the second heating and the amount of deuterium compounds. The total amount of hydrogen atoms (R: see FIG. 8) was determined from the amount of hydrogen produced by the second heating and the amount of deuterium compounds. The amount of carboxy group was determined from the amount of carbon dioxide produced by the third heating (S: see FIG. 8).

そして、フェノール性水酸基の量を、Qの値からSの値を差し引くことで求めた。さらに,環状エーテルの量を、Pの値からフェノール性水酸基の量を差し引くことで求めた。また、エッジ水素原子の量、及びカルボキシ基の量としては、それぞれRの値、及びSの値を採用した。 Then, the amount of phenolic hydroxyl group was determined by subtracting the value of S from the value of Q. Further, the amount of cyclic ether was determined by subtracting the amount of phenolic hydroxyl group from the value of P. Further, as the amount of edge hydrogen atom and the amount of carboxy group, the value of R and the value of S were adopted, respectively.

図9に示すように、H−D置換処理を施していないMSCについては、重水素化合物及び重水素の生成が確認されなかったため、フェノール性水酸基と環状エーテルとの区別ができず、これらの量は、誤差を含む範囲として求めざるを得なかった。 As shown in FIG. 9, in the MSC not subjected to the HD substitution treatment, the formation of deuterium compounds and deuterium was not confirmed, so that the phenolic hydroxyl group and the cyclic ether could not be distinguished, and the amounts thereof. Had no choice but to find it as a range including the error.

これに対し、H−D置換処理を施したMSC(DO)、MSC−O(DO)、及びMSC−H(DO)については、重水素化合物及び重水素の生成が確認できたため、当該重水素化合物及び重水素の生成量から重水素原子の総量を求めることができ、その結果、フェノール性水酸基と環状エーテルを区別して定量することができた。

On the other hand, for MSC (D 2 O), MSC-O 2 (D 2 O), and MSC-H 2 O 2 (D 2 O) that have undergone HD substitution treatment, deuterium compounds and deuterium Since the formation of deuterium was confirmed, the total amount of deuterium atoms could be obtained from the amount of the deuterium compound and the amount of deuterium produced, and as a result, the phenolic hydroxyl group and the cyclic ether could be distinguished and quantified.

Claims (9)

下記(a1)〜(c1)の条件を満たす第一官能基:
(a1)前記第一官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、
(b1)前記第一官能基は、重水素原子と置換され得る水素原子であるプロトン性水素原子を含まず、非水素原子を含む;、及び
(c1)前記第一官能基は、第一温度での加熱により、熱分解して、前記非水素原子を含む第一化合物ガスを生成する;と、
下記(a2)〜(e2)の条件を満たす第二官能基:
(a2)前記第二官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、
(b2)前記第二官能基は、プロトン性水素原子と、前記非水素原子とを含む;、
(c2)前記第二官能基は、前記第一温度での加熱により、熱分解して、前記第一化合物ガスを生成する;、
(d2)前記第二官能基は、前記プロトン性水素原子が重水素原子に置換された後、前記第一温度での加熱により、熱分解して、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した前記重水素原子を残す;、及び
(e2)前記(d2)で残された重水素原子は、前記第一温度と異なる第二温度での加熱により、脱離して、前記重水素原子を含む第二化合物ガスを生成する;と、
下記(x)〜(z)の条件を満たす水素原子であるエッジ水素原子:
(x)前記エッジ水素原子は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、
(y)前記エッジ水素原子は、重水素原子と置換されない;、及び
(z)前記エッジ水素原子は、前記第二温度での加熱により、脱離して、前記エッジ水素原子を含み重水素原子を含まない含水素化合物ガスを生成する;と、
を含み得る炭素材料に、水素−重水素置換処理を施す前処理工程と、
前記前処理工程後、前記炭素材料を前記第一温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第一化合物ガスを測定する第一加熱工程と、
前記第一加熱工程後、前記炭素材料を前記第二温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第二化合物ガスを測定する第二加熱工程と、
前記第一化合物ガスの測定結果と、前記第二化合物ガスの測定結果とに基づいて、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料が前記第一官能基及び前記第二官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記第一官能基及び前記第二官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する評価工程と、
を含む、炭素材料の分析方法。
First functional group satisfying the following conditions (a1) to (c1):
(A1) The first functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface;
(B1) The first functional group does not contain a protonic hydrogen atom, which is a hydrogen atom that can be replaced with a heavy hydrogen atom, and contains a non-hydrogen atom; and (c1) the first functional group has a first temperature. The first compound gas containing the non-hydrogen atom is produced by thermal decomposition in the above;
Second functional group satisfying the following conditions (a2) to (e2):
(A2) The second functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network;
(B2) The second functional group contains a protonic hydrogen atom and the non-hydrogen atom;
(C2) The second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature to produce the first compound gas;
(D2) The second functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature after the protonic hydrogen atom is replaced with a heavy hydrogen atom, and is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface. The deuterium atom left in (e2) is desorbed by heating at a second temperature different from the first temperature, and contains the deuterium atom. Produces a second compound gas;
Edge hydrogen atom which is a hydrogen atom satisfying the following conditions (x) to (z):
(X) The edge hydrogen atom is bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network;
(Y) The edge hydrogen atom is not replaced with a deuterium atom; and (z) the edge hydrogen atom is desorbed by heating at the second temperature to contain the deuterium atom. Produces a hydrogen-containing compound gas that does not contain;
A pretreatment step of applying a hydrogen-deuterium substitution treatment to a carbon material that may contain
After the pretreatment step, the carbon material is heated at the first temperature, and the first compound gas produced from the carbon material is measured.
After the first heating step, the carbon material is heated at the second temperature, and the second heating step of measuring the second compound gas generated from the carbon material, and the second heating step.
Based on the measurement result of the first compound gas and the measurement result of the second compound gas, the group in which the carbon material before the hydrogen-hydrogen substitution treatment comprises the first functional group and the second functional group. From the group consisting of the first functional group and the second functional group contained in the carbon material before the hydrogen-hydrohydrogen substitution treatment, whether or not it contained one or more selected from the above. An evaluation process that evaluates one or more quantities selected, and
Methods for analyzing carbon materials, including.
前記第二加熱工程において、前記炭素材料から生成される前記含水素化合物ガスをさらに測定し、
前記評価工程において、前記含水素化合物ガスの測定結果に基づいて、前記第一温度での加熱前の前記炭素材料が前記エッジ水素原子を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記エッジ水素原子の量、をさらに評価する、
請求項1に記載の炭素材料の分析方法。
In the second heating step, the hydrogen-containing compound gas produced from the carbon material is further measured.
In the evaluation step, based on the measurement result of the hydrogen-containing compound gas, whether or not the carbon material before heating at the first temperature contained the edge hydrogen atom and / or the hydrogen-deuterium. Further evaluating the amount of the edge hydrogen atoms contained in the carbon material before the hydrogen substitution treatment.
The method for analyzing a carbon material according to claim 1.
前記非水素原子は、酸素原子である、
請求項1又は2に記載の炭素材料の分析方法。
The non-hydrogen atom is an oxygen atom.
The method for analyzing a carbon material according to claim 1 or 2.
前記第一官能基は、環状エーテル基であり、
前記第二官能基は、フェノール性水酸基である、
請求項3に記載の炭素材料の分析方法。
The first functional group is a cyclic ether group and
The second functional group is a phenolic hydroxyl group,
The method for analyzing a carbon material according to claim 3.
前記第一化合物ガスは、一酸化炭素であり、
前記第二化合物ガスは、重水素化水素、重水素、半重水、及び重水からなる群より選択される1以上である、
請求項4に記載の炭素材料の分析方法。
The first compound gas is carbon monoxide.
The second compound gas is one or more selected from the group consisting of hydrogen deuteride, deuterium, semiheavy water, and heavy water.
The method for analyzing a carbon material according to claim 4.
前記含水素化合物ガスは、水素及び/又は水である、
請求項1乃至5のいずれかに記載の炭素材料の分析方法。
The hydrogen-containing compound gas is hydrogen and / or water.
The method for analyzing a carbon material according to any one of claims 1 to 5.
前記炭素材料は、下記(a3)〜(e3)の条件を満たす第三官能基:
(a3)前記第三官能基は、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合している;、
(b3)前記第三官能基は、プロトン性水素原子と、前記非水素原子とを含む;、
(c3)前記第三官能基は、前記プロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、前記第一温度での加熱により前記第一化合物ガスを生成しない;、
(d3)前記第三官能基は、前記プロトン性水素原子が重水素原子と置換された後、前記第一温度及び前記第二温度と異なる第三温度での加熱により、熱分解して、前記非水素原子を含み前記第一化合物ガス及び前記第二化合物ガスと異なる第三化合物ガスを生成するとともに、炭素六角網面のエッジの炭素原子に結合した前記重水素原子を残す;、及び
(e3)前記(d3)で残された前記重水素原子は、前記第二温度での加熱により、脱離して、前記第二化合物ガスを生成する;、
をさらに含み得る炭素材料であり、
前記炭素材料の分析方法は、前記水素−重水素置換処理後、前記炭素材料を前記第三温度で加熱して、前記炭素材料から生成される前記第三化合物ガスを測定する第三加熱工程をさらに含み、
前記評価工程において、前記第一化合物ガスの測定結果と、前記第二化合物ガスの測定結果と、前記第三化合物ガスの測定結果とに基づいて、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料が前記第一官能基、前記第二官能基及び前記第三官能基からなる群より選択される1以上を含んでいたか否か、及び/又は、前記水素−重水素置換処理前の前記炭素材料に含まれていた前記第一官能基、前記第二官能基及び前記第三官能基からなる群より選択される1以上の量、を評価する、
請求項1乃至6のいずれかに記載の炭素材料の分析方法。
The carbon material is a third functional group satisfying the following conditions (a3) to (e3):
(A3) The third functional group is bonded to a carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network surface;
(B3) The third functional group contains a protonic hydrogen atom and the non-hydrogen atom;
(C3) The third functional group does not produce the first compound gas by heating at the first temperature after the protic hydrogen atom is replaced with a deuterium atom;
(D3) The third functional group is thermally decomposed by heating at the first temperature and a third temperature different from the second temperature after the protonal hydrogen atom is replaced with a deuterium atom. The first compound gas containing a non-hydrogen atom and a third compound gas different from the second compound gas are generated, and the heavy hydrogen atom bonded to the carbon atom at the edge of the carbon hexagonal network remains; and (e3). ) The heavy hydrogen atom left in (d3) is desorbed by heating at the second temperature to produce the second compound gas;
Is a carbon material that can further contain
The method for analyzing a carbon material is a third heating step in which the carbon material is heated at the third temperature after the hydrogen-deuterium substitution treatment, and the third compound gas produced from the carbon material is measured. Including more
In the evaluation step, the carbon material before the hydrogen-heavy hydrogen substitution treatment is based on the measurement result of the first compound gas, the measurement result of the second compound gas, and the measurement result of the third compound gas. Did contain one or more selected from the group consisting of the first functional group, the second functional group and the third functional group, and / or the carbon before the hydrogen-heavy hydrogen substitution treatment. The amount of one or more selected from the group consisting of the first functional group, the second functional group and the third functional group contained in the material is evaluated.
The method for analyzing a carbon material according to any one of claims 1 to 6.
前記第三官能基は、カルボキシ基である、
請求項7に記載の炭素材料の分析方法。
The third functional group is a carboxy group.
The method for analyzing a carbon material according to claim 7.
前記第三化合物ガスは、二酸化炭素である、
請求項8に記載の炭素材料の分析方法。

The third compound gas is carbon dioxide.
The method for analyzing a carbon material according to claim 8.

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090069611A1 (en) * 2006-12-06 2009-03-12 Charles Martin Lukehart Stoichiometric or cyclical re-hydrogenation of silicon, nanodiamond, or nanocarbon surfaces using hydrocarbons as sources of hydrogen
JP2009242231A (en) * 2008-03-13 2009-10-22 Tohoku Univ Method for evaluating carbon nanotube
JP2010208927A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Osaka Univ Method for producing at least one of deuterium (d2) and hydrogen deuteride (hd) and formic acid decomposition catalyst to be used therein
JP2015510490A (en) * 2011-10-13 2015-04-09 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Metal organic framework with maximal pore openings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090069611A1 (en) * 2006-12-06 2009-03-12 Charles Martin Lukehart Stoichiometric or cyclical re-hydrogenation of silicon, nanodiamond, or nanocarbon surfaces using hydrocarbons as sources of hydrogen
JP2009242231A (en) * 2008-03-13 2009-10-22 Tohoku Univ Method for evaluating carbon nanotube
JP2010208927A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Osaka Univ Method for producing at least one of deuterium (d2) and hydrogen deuteride (hd) and formic acid decomposition catalyst to be used therein
JP2015510490A (en) * 2011-10-13 2015-04-09 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Metal organic framework with maximal pore openings

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