JP5757302B2 - Carbon nanohorn composite - Google Patents

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Description

本発明は、カーボンナノホーン(CNH)の内部空間に金属や酸化物の原子又は分子、あるいは機能性分子などを内包させたカーボンナノホーン複合体に関する。   The present invention relates to a carbon nanohorn complex in which atoms or molecules of metal or oxide, or functional molecules are encapsulated in the internal space of carbon nanohorn (CNH).

従来から、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のナノサイズのナノ炭素材(カーボンナノ物質)に関して、その特性や用途について鋭意研究がなされている。そして、カーボンナノ物質の表面に様々な物質を吸着させたり、内部に保持させたりする方法等が既にいくつか提案されている。   Conventionally, intensive studies have been conducted on characteristics and applications of nano-sized nanocarbon materials (carbon nanomaterials) such as carbon nanotubes and carbon nanohorns. Several methods have already been proposed for adsorbing various substances on the surface of carbon nanomaterials and for holding them inside.

例えば、特許文献1には、酸化処理により開孔を設けたカーボンナノホーンの集合体の表面及び内部に、ガス種により被吸着物質を吸着させる方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method in which an adsorbed substance is adsorbed by a gas species on the surface and inside of an aggregate of carbon nanohorns provided with pores by oxidation treatment.

また、特許文献2には、単層カーボンナノチューブとドーパント物質とを、真空減圧下でドーパント物質が蒸気となる温度に維持することで、カーボンナノチューブ内にドーパント物質を内包させる方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method of encapsulating a dopant substance in a carbon nanotube by maintaining the single-walled carbon nanotube and the dopant substance at a temperature at which the dopant substance becomes a vapor under vacuum. .

また、特許文献3には、ドーパント物質を溶解させた溶液中にカーボンナノチューブを浸漬させて、カーボンナノチューブ内にドーパント物質を内包させる方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method in which a carbon nanotube is immersed in a solution in which a dopant substance is dissolved, and the dopant substance is included in the carbon nanotube.

さらに、特許文献4には、カーボンナノ物質に親和性の高い被抽出物質がより親和性の低い溶媒に投入されている混合溶液中に、カーボンナノ物質を共存させることで、被抽出物質をカーボンナノ物質の内表面等に付着させる方法が開示されている。   Further, Patent Document 4 discloses that an extraction substance having a high affinity for a carbon nanomaterial coexists with a carbon nanomaterial in a mixed solution in which a solvent having a lower affinity is added, so that the extraction substance is made of carbon. A method of adhering to the inner surface or the like of a nanomaterial is disclosed.

上述のような手法を利用すれば、カーボンナノチューブやカーボンナノホーンの内部に様々な金属、酸化物などのナノ粒子を吸着させることができ、様々な用途に利用できる新しいカーボンナノ物質を提供することができる。   By using the above-described method, it is possible to adsorb nanoparticles such as various metals and oxides inside carbon nanotubes and carbon nanohorns, and to provide new carbon nanomaterials that can be used for various applications. it can.

また、様々なドーパント物質を上記の方法で取込むことによりカーボンナノチューブやカーボンナノホーンの表面状態を変えることや導電性などを向上させることも可能である。   It is also possible to change the surface state of carbon nanotubes or carbon nanohorns or improve conductivity by incorporating various dopant substances by the above method.

特開2002−326032号公報JP 2002-326032 A 特開2002−97010号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-97010 特開2002−255520号公報JP 2002-255520 A 特開2004−16909号公報JP 2004-16909 A

しかしながら、従来の方法では、内包物質が通過可能な開孔が、内包物質を取り込んだ後もカーボンナノチューブやカーボンナノホーンに残っており、その穴を介して様々な物質がカーボンナノチューブやカーボンナノホーンの内部に出入りすることができる。そのためカーボンナノチューブやカーボンナノホーンに内包されている金属、酸化物などの物質が、他の物質と反応したり、溶出したりする。このように、従来の方法により作製されるカーボンナノホーン複合体には、内包物質を安定に固定することができないという問題点がある。   However, in the conventional method, the pores through which the inclusion substance can pass remain in the carbon nanotubes and carbon nanohorns even after the inclusion substance is taken in, and various substances pass through the holes to the inside of the carbon nanotubes and carbon nanohorns. Can go in and out. For this reason, substances such as metals and oxides contained in carbon nanotubes and carbon nanohorns react with other substances or elute. Thus, the carbon nanohorn composite produced by the conventional method has a problem that the encapsulated substance cannot be stably fixed.

そこで、本発明は、このような事情に鑑み、従来の技術の問題点を解消し、酸性条件下や有機溶媒中でも内包された金属やその酸化物などの腐食や溶出を防ぐことができ、導電性を維持しながらも表面が酸化されないカーボンナノホーン複合体を提供することを課題としている。   Therefore, in view of such circumstances, the present invention solves the problems of the prior art, can prevent corrosion and elution of the encapsulated metal and its oxide, etc. under acidic conditions and in an organic solvent. It is an object to provide a carbon nanohorn composite whose surface is not oxidized while maintaining its properties.

本発明は、上記の課題を解決するものとして、以下のことを特徴としている。   The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.

すなわち、本発明の第1の要旨は、カーボンナノホーンと、前記カーボンナノホーンに内包された内包物質と、を有するカーボンナノホーン複合体であって、前記内包物質は、金属および有機物のいずれか1種若しくは2種以上の混合物、又は化合物を含み、前記カーボンナノホーンに前記内包物質を内包するために形成した穴が閉塞されている、ことを特徴とする。 That is, the first gist of the present invention, a carbon nanohorn, wherein a carbon nanohorn complex having carbon and entrapped substance that is encapsulated in nano-horn, the said encapsulated material comprises one or any of the metals and organic The hole formed in order to enclose the said inclusion substance in the said carbon nanohorn containing 2 or more types of mixtures or compounds is characterized by the above-mentioned .

また、本発明の第2の要旨は、第1の要旨に係るカーボンナノホーン複合体において、前記内包物質を内包する前記カーボンナノホーンの先端または壁面は、炭素原子の再結合によって閉塞されていることを特徴とする。 The second gist of the present invention is that in the carbon nanohorn composite according to the first gist, the tip or wall surface of the carbon nanohorn encapsulating the inclusion substance is blocked by recombination of carbon atoms. Features.

さらに、本発明の第3の要旨は、第1または第2の要旨に係るカーボンナノホーン複合体において、前記カーボンナノホーンの直径は25nmであり、前記カーボンナノホーンが集合した凝集体の直径が30−150nmであることを特徴とする。 Furthermore, a third aspect of the present invention, the carbon nanohorn complex according to the first or second aspect, the diameter of the carbon nano horn 2 - 5 nm, the diameter of the aggregates of the carbon nanohorn is set is 30 is -150 nm, and wherein the.

また、本発明の第4の要旨は、第1から第3のいずれか一つの要旨に係るカーボンナノホーン複合体において、前記カーボンナノホーンに前記内包物質を内包するために形成した穴は、前記内包物質と反応する物質が前記カーボンナノホーンの内部へ通過したり、前記内包物質が前記カーボンナノホーンから溶出したりすることがない大きさまで縮小して閉塞されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the carbon nanohorn composite according to any one of the first to third aspects, the hole formed in the carbon nanohorn to enclose the inclusion substance is the inclusion substance. substances that reaction or passed to the inside of the carbon nanohorn with the entrapped substance is occluded reduced to the lack magnitude or eluted from the carbon nanohorn, and wherein the.

本発明によれば、金属などの酸性条件下などで溶けてしまう物質や有機溶媒などで反応あるいは溶解してしまう物質をカーボンナノホーンに内包させた場合でも、得られたカーボンナノホーン複合体は酸性条件下や有機溶液中で安定に存在できる。また、酸化雰囲気においても内包金属等が酸化することなく安定である。このように、本発明によるカーボンナノホーン複合体は酸化、腐食、溶解などに対して大きな抵抗力を持つという特徴がある。   According to the present invention, even when the carbon nanohorn is encapsulated in a carbon nanohorn, a substance that reacts or dissolves in an organic solvent or the like that dissolves under an acidic condition such as a metal, the obtained carbon nanohorn composite is in an acidic condition. It can exist stably under and in organic solution. Further, even in an oxidizing atmosphere, the encapsulated metal or the like is stable without being oxidized. As described above, the carbon nanohorn composite according to the present invention is characterized by having a large resistance to oxidation, corrosion, dissolution and the like.

そして、このような優れた特徴があるため、本発明のカーボンナノホーン複合体は、導電性を維持しながらも表面が酸化されないことが必要とされる導電性塗料や、様々な有機溶媒や酸性溶液中で使用される電池の電極材料等の応用に最適である。   And since it has such excellent features, the carbon nanohorn composite of the present invention can be used for conductive paints, various organic solvents and acidic solutions that require the surface not to be oxidized while maintaining conductivity. It is most suitable for applications such as battery electrode materials.

実施例1及び2においてそれぞれ作製されたカーボンナノホーンについて、77Kでの窒素の吸着等温線からBET法によって見積もった比表面積と、酸化処理温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the specific surface area estimated by BET method from the adsorption isotherm of nitrogen at 77K about the carbon nanohorn produced in each of Examples 1 and 2 and the oxidation treatment temperature. 実施例3において作製されたGd金属内包カーボンナノホーン複合体のTEM写真である。4 is a TEM photograph of a Gd metal-encapsulating carbon nanohorn composite produced in Example 3. 実施例4において作製された熱処理によってナノ開孔を閉じたGd酸化物内包カーボンナノホーン複合体のTEM写真である。4 is a TEM photograph of a Gd oxide-encapsulating carbon nanohorn composite having nanopores closed by heat treatment prepared in Example 4. FIG. 実施例4において作製された、熱処理によってナノ開孔を閉じたGd酸化物内包カーボンナノホーン複合体を、酸で洗ったあとのTEM写真である。It is a TEM photograph after washing the Gd oxide inclusion carbon nanohorn composite produced in Example 4 with nanopores closed by heat treatment with acid. 実施例1−4の手法で作製された閉孔した金属内包カーボンナノホーン複合体と閉孔していない金属内包カーボンナノホーン複合体の、塩酸溶液中に浸漬する前後の熱重量分析の結果を示す表である。Table showing the results of thermogravimetric analysis before and after dipping in a hydrochloric acid solution of a closed metal-encapsulated carbon nanohorn complex produced by the method of Example 1-4 and a non-closed metal-encapsulated carbon nanohorn complex It is.

以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本実施の形態に係る(物質内包)カーボンナノホーン複合体は、カーボンナノホーンと、その内部に取り込まれた内包物質とからなり、内包物質は、カーボンナノホーンにより遮蔽されている。   The (substance-encapsulating) carbon nanohorn complex according to the present embodiment includes a carbon nanohorn and an inclusion substance incorporated therein, and the inclusion substance is shielded by the carbon nanohorn.

より具体的には、本実施の形態に係るカーボンナノホーン複合体は、カーボンナノホーン内に内包物質を取り込むために、カーボンナノホーンの先端や壁面に形成された穴が、内包物質を取り込んだ後に閉塞されている。   More specifically, in the carbon nanohorn composite according to the present embodiment, the hole formed in the tip or wall surface of the carbon nanohorn is closed after the inclusion material is taken in, in order to take the inclusion material into the carbon nanohorn. ing.

以下、このようなカーボンナノホーン複合体の作製方法について説明する。   Hereinafter, a method for producing such a carbon nanohorn composite will be described.

まず、カーボンナノホーンに微小な開孔(孔又は穴)を形成するため、カーボンナノホーン(の凝集体)に対して弱い酸化処理を行う。続いて、開孔が形成されたカーボンナノホーンにドーパント物質(内包物質)を取り込ませる。その後、物質を内包したカーボンナノホーンを、不活性ガスや真空などの不活性雰囲気中で加熱処理することにより、酸化処理において形成された開孔部は、炭素同士の再結合によりドーパントを取り込んだ状態で塞がれる。閉口を促すために、開孔部の官能基に化学結合により有機物を付加させたり、また、フラーレンなどの炭素クラスターを開孔部付近に吸着させておいて、閉口時に必要な炭素を供給する。   First, in order to form minute openings (holes or holes) in the carbon nanohorn, a weak oxidation treatment is performed on the carbon nanohorn (aggregates thereof). Subsequently, a dopant substance (inclusion substance) is taken into the carbon nanohorn in which the holes are formed. After that, the carbon nanohorn containing the substance is heat-treated in an inert atmosphere such as an inert gas or a vacuum, so that the opening formed in the oxidation treatment takes in the dopant by recombination of carbons. It is blocked by. In order to promote closing, an organic substance is added to the functional group of the opening by chemical bonding, or carbon clusters such as fullerene are adsorbed in the vicinity of the opening to supply carbon necessary for closing.

上記工程において、出発物質として用いられるカーボンナノホーンは、各々が2−5nmの直径を持ち、その先端を外側にして球形に集合した凝集体である。カーボンナノホーン凝集体としては、その直径が30−150nmのものが使用可能である。   In the above process, the carbon nanohorns used as starting materials are aggregates each having a diameter of 2 to 5 nm and aggregated in a spherical shape with the tip thereof outside. As the carbon nanohorn aggregate, one having a diameter of 30 to 150 nm can be used.

カーボンナノホーンに微細な孔を開けるためには、種々の酸化方法が利用できる。例えば、「Nanowindow-Induced Molecular Sieving Effect in a Single-Wall Carbon Nanohorn」,K. Murata, K. Hirahara, M. Yudasaka, S. Iijima, D. Kasuya, K. Kaneko, Journal of Physical Chemistry B, 2002, 106, 12668、「Moleclar Potential Structure of Heat-Treated Single-Wall Carbon Nanohorn Assemblies」, K. Murata, K. Kaneko, W. A. Steele, F. Kokai, K. Takahashi, D. Kasuya, K.. Hirahara, M. Yudasaka, S. Iijima, Journal of Physical Chemistry B, 2001, 105, 10210などに記載されている酸化条件を利用することができる。この際、様々な酸化条件を選択的に採用することにより、開孔するサイズを制御することができる。たとえば、酸素雰囲気中での熱処理による酸化では、酸化処理温度を300から420℃の範囲で選択することにより、直径0.3から1nmの範囲の任意の径を持つ孔を開けることができる。   In order to make fine holes in the carbon nanohorn, various oxidation methods can be used. For example, “Nanowindow-Induced Molecular Sieving Effect in a Single-Wall Carbon Nanohorn”, K. Murata, K. Hirahara, M. Yudasaka, S. Iijima, D. Kasuya, K. Kaneko, Journal of Physical Chemistry B, 2002, 106, 12668, `` Moleclar Potential Structure of Heat-Treated Single-Wall Carbon Nanohorn Assemblies '', K. Murata, K. Kaneko, WA Steele, F. Kokai, K. Takahashi, D. Kasuya, K .. Hirahara, M. Oxidation conditions described in Yudasaka, S. Iijima, Journal of Physical Chemistry B, 2001, 105, 10210 can be used. At this time, the size of the holes can be controlled by selectively adopting various oxidation conditions. For example, in oxidation by heat treatment in an oxygen atmosphere, by selecting an oxidation treatment temperature in the range of 300 to 420 ° C., holes having an arbitrary diameter in the range of 0.3 to 1 nm can be formed.

穴の形成は、また、特開2003−095624号公報に示されるように、酸などによる処理でも可能である。   The formation of the holes can also be performed by treatment with an acid or the like as disclosed in JP-A-2003-095624.

なお、開孔は、カーボンナノホーンの表面に存在する欠陥部分において形成されやすい。   In addition, an opening is easy to be formed in the defective part which exists in the surface of carbon nanohorn.

内包物質としては、真空中や不活性ガス中で昇華する物質や、溶媒に溶解されて溶液中に存在する物質を対象とすることができる。すなわち、気相又は液相のいずれかの状態でカーボンナノホーン内に取り込ませることができるものであれば、その種類に特に制限はなく、有機物、無機物及び金属のいずれか1種、または、2種以上の物質の混合物や化合物等を用いることができる。   The inclusion substance can be a substance that sublimates in a vacuum or an inert gas, or a substance that is dissolved in a solvent and exists in a solution. That is, the type is not particularly limited as long as it can be incorporated into the carbon nanohorn in either a gas phase or a liquid phase, and any one of organic, inorganic and metal, or two Mixtures and compounds of the above substances can be used.

なお、カーボンナノホーンの内部への内包物質の取り込みを液相で行う場合は、その取り込み条件、たとえば、溶媒の種類や溶液中のpH、濃度、温度、時間などを変えることで、その取り込む物質のサイズや量を制御することができる。   In addition, when the inclusion of the encapsulated substance into the carbon nanohorn is performed in the liquid phase, the incorporation condition of the substance to be incorporated can be changed by changing the condition of incorporation, for example, the type of solvent, pH, concentration, temperature, time, etc. in the solution. The size and quantity can be controlled.

また、2種以上の物質の混合物を取り込ませる場合には、その混合比を制御することにより、カーボンナノホーンに取り込まれる内包物質の組成比を制御することができる。   Moreover, when taking in the mixture of 2 or more types of substances, the composition ratio of the inclusion substance taken in by carbon nanohorn can be controlled by controlling the mixing ratio.

上述のように、カーボンナノホーンの内部に内包物質を取込んだ後、真空中または不活性ガス雰囲気中で熱処理を加えることで、物質を取り込むために利用した微小な穴が炭素原子からなる面で塞がれる。これは、穴の付近の炭素原子の再結合、あるいは、穴の付近の炭素原子およびその周囲に存在する不純物炭素原子の再結合による。カーボンナノホーンに形成された微小な穴が、欠陥部分に形成されていた場合には、その欠陥は、この熱処理(再結合)により修復される。   As described above, after incorporating the encapsulated material into the carbon nanohorn, heat treatment is performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere, so that the minute holes used to incorporate the material are on the surface made of carbon atoms. It is blocked. This is due to the recombination of carbon atoms in the vicinity of the hole, or the recombination of carbon atoms in the vicinity of the hole and impurity carbon atoms existing around it. When the minute hole formed in the carbon nanohorn is formed in the defect portion, the defect is repaired by this heat treatment (recombination).

穴を閉じるために行われる熱処理の温度は、開孔処理に伴って作製される表面官能基を脱離させる温度、たとえば800−1800℃が最適である。   The temperature of the heat treatment performed to close the hole is optimally a temperature at which the surface functional group produced by the hole opening treatment is eliminated, for example, 800 to 1800 ° C.

また、このとき、高圧下においての加熱処理であれば、水素などの軽元素なども上記手法でカーボンナノホーン内部に取り込むことができ、その圧力は、200気圧以上が望ましい。   At this time, if heat treatment is performed under high pressure, light elements such as hydrogen can be taken into the carbon nanohorn by the above method, and the pressure is preferably 200 atm or more.

穴の修復度(閉じる割合)は、カーボンナノホーンの開孔の際の穴のサイズに依存するため、上述したように開孔サイズの制御することによって、制御することができる。いずれにしても、内包物質を取り込むために開孔された穴は、内包物質と反応する物質が通過したり、内包物質が溶出したりすることがない大きさにまで縮小される。その結果、内包物質はカーボンナノホーンによって外部から遮蔽され、カーボンナノホーンの内部に安定して存在することができる。 Since the degree of hole repair (ratio of closing) depends on the hole size when the carbon nanohorn is opened, it can be controlled by controlling the hole size as described above. In any case, the hole opened for taking in the encapsulated substance is reduced to a size that prevents a substance that reacts with the encapsulated substance from passing through or eluting the encapsulated substance. As a result, the inclusion substance is shielded from the outside by the carbon nanohorn, and can be stably present inside the carbon nanohorn.

以上のようにして作製された物質内包カーボンナノホーン複合体は、外部から遮蔽された状態で内包するドーパント物質により、その電気的、磁気的等の各種物性が元のカーボンナノホーンの物性から大きく変化する。あるいは、元のカーボンナノホーンとは全く異なる物性が付与される。そして、ドーパント物質の取り込みに利用された穴が閉孔されているため、上記物性を今まで利用が困難であった環境下でも維持することができる。よって、目的と機能によりその物性を選択することができ、化学的または物理的に修飾した新しいナノ構造物質の創生が期待できる。   The material-encapsulated carbon nanohorn composite produced as described above has various electrical and magnetic properties greatly changed from those of the original carbon nanohorn due to the dopant material encapsulated while being shielded from the outside. . Alternatively, physical properties completely different from those of the original carbon nanohorn are given. And since the hole utilized for taking in dopant substance is closed, the said physical property can be maintained also in the environment where utilization was difficult until now. Therefore, the physical properties can be selected according to the purpose and function, and the creation of a new nanostructured material that is chemically or physically modified can be expected.

以下に実施例を示し、さらに詳しく本発明について例示説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。   The following examples illustrate the present invention in more detail. Of course, the invention is not limited by the following examples.

(実施例1)
(カーボンナノホーンの開孔制御)
カーボンナノホーンに対し、酸素中で、350〜550℃の範囲で10分間熱処理を行った。この時の、酸素の流量は、200ml/minであった。なお、酸素分圧は、1気圧以下でもよい。
Example 1
(Carbon nanohorn opening control)
The carbon nanohorn was heat-treated in oxygen in the range of 350 to 550 ° C. for 10 minutes. At this time, the flow rate of oxygen was 200 ml / min. The oxygen partial pressure may be 1 atm or less.

上記酸化処理が施されたサンプルについて、77Kでの窒素の吸着等温線を測定した。その結果を、BET法により比表面積として算出した。その結果を図1に“SWNHox”として示す。   The sample subjected to the oxidation treatment was measured for an adsorption isotherm of nitrogen at 77K. The result was calculated as a specific surface area by the BET method. The result is shown as “SWNHox” in FIG.

図1のグラフから見て取れるように、未処理のカーボンナノホーン(酸素処理温度0℃の場合)に比べ、上記温度で酸化処理を行ったものは比表面積が大幅に増加している。このことから、カーボンナノホーンの表面に穴が開いてその内部が窒素の吸着に利用できるようになっていることが分かる。つまり、上記酸化処理は、開孔処理である。   As can be seen from the graph of FIG. 1, the specific surface area of the carbon nanohorn that was oxidized at the above temperature was significantly higher than that of untreated carbon nanohorn (when the oxygen treatment temperature was 0 ° C.). From this, it can be seen that a hole is formed in the surface of the carbon nanohorn so that the inside can be used for adsorption of nitrogen. That is, the oxidation process is a hole opening process.

(実施例2)
(カーボンナノホーンの閉孔制御)
実施例1と同様に350〜550℃の温度領域で酸化開孔されたカーボンナノホーンに対して、電気炉を用いてアルゴン雰囲気下において加熱処理を行った。その際、電気炉温度は、1200℃に保ち、熱処理時間は、約3時間とした。これによって作製されたカーボンナノホーンの比表面積を、実施例1と同様に77Kでの窒素の吸着測定によるBET法により算出した。その結果を、図1に“HT1200−SWNHox”として示す。
(Example 2)
(Closing control of carbon nanohorn)
In the same manner as in Example 1, the carbon nanohorns that were oxidized and opened in the temperature range of 350 to 550 ° C. were heat-treated in an argon atmosphere using an electric furnace. At that time, the electric furnace temperature was kept at 1200 ° C., and the heat treatment time was about 3 hours. The specific surface area of the carbon nanohorn produced in this manner was calculated by the BET method by nitrogen adsorption measurement at 77 K as in Example 1. The result is shown as “HT1200-SWNHox” in FIG.

図1に示すとおり、酸化処理温度が約500℃までのカーボンナノホーンは、その後の不活性ガス雰囲気中の熱処理によって比表面積が大きく減少する。すなわち、約500℃より低い温度での酸化処理により形成された穴は、その後の不活性ガス雰囲気中の熱処理によりほぼ完全に塞がれる。これに対し、約500℃よりも高い温度で酸化処理されたカーボンナノホーンは、その後の不活性ガス雰囲気中の熱処理による比表面積の減少が小さい。すなわち、約500℃より高い温度での酸化処理により形成された穴は、その後の不活性ガス雰囲気中の熱処理によっても、十分に塞がらない。このように、酸化処理の温度を制御することによって、その後の熱処理により穴が閉じる割合を制御することができる。   As shown in FIG. 1, the specific surface area of the carbon nanohorn having an oxidation treatment temperature up to about 500 ° C. is greatly reduced by the subsequent heat treatment in an inert gas atmosphere. That is, the hole formed by the oxidation treatment at a temperature lower than about 500 ° C. is almost completely closed by the subsequent heat treatment in the inert gas atmosphere. On the other hand, carbon nanohorns oxidized at a temperature higher than about 500 ° C. have a small decrease in specific surface area due to subsequent heat treatment in an inert gas atmosphere. That is, the hole formed by the oxidation treatment at a temperature higher than about 500 ° C. is not sufficiently blocked even by the subsequent heat treatment in the inert gas atmosphere. Thus, by controlling the temperature of the oxidation treatment, the rate at which the holes are closed by the subsequent heat treatment can be controlled.

なお、閉孔のための熱処理温度は、前述したように800〜1800℃の範囲が適している。   The heat treatment temperature for closing the holes is suitably in the range of 800 to 1800 ° C. as described above.

(実施例3)
(金属錯体のカーボンナノホーンへの導入)
酢酸ガドリニウム50mgと500℃で酸化処理したカーボンナノホーン50mgとをエタノール溶液20ml中で混合し、室温で約24時間攪拌した。その後、フィルターを使ってろ過した。ひき続いて、フィルターに残った物質(サンプル)を24時間真空乾燥させ、含まれている溶媒などを蒸発させて完全に取り除いた。こうして得られたサンプルの透過型電子顕微鏡(TEM)像を図2に示す。図2において、濃い楕円形が酢酸ガドリニウムであり、カーボンナノホーンの内部に内包されているのが分かる。
Example 3
(Introduction of metal complex into carbon nanohorn)
50 mg of gadolinium acetate and 50 mg of carbon nanohorn oxidized at 500 ° C. were mixed in 20 ml of ethanol solution and stirred at room temperature for about 24 hours. Then, it filtered using the filter. Subsequently, the substance (sample) remaining on the filter was vacuum-dried for 24 hours, and the solvent contained therein was evaporated and completely removed. A transmission electron microscope (TEM) image of the sample thus obtained is shown in FIG. In FIG. 2, it can be seen that the dark ellipse is gadolinium acetate and is encapsulated inside the carbon nanohorn.

(実施例4)
(金属錯体を内包したカーボンナノホーンの閉孔処理)
実施例3のようにして作製されたカーボンナノホーンの中に酢酸ガドリニウムを取込ませたサンプルに対し、実施例2と同様に、アルゴン雰囲気下において電気炉による加熱処理をした。この際、酢酸ガドリニウム錯体は、酸化物になっている。得られたサンプルのTEM像を図3に示す。
Example 4
(Closing treatment of carbon nanohorn encapsulating metal complex)
The sample in which gadolinium acetate was incorporated into the carbon nanohorn produced as in Example 3 was heat-treated with an electric furnace in an argon atmosphere as in Example 2. At this time, the gadolinium acetate complex is an oxide. A TEM image of the obtained sample is shown in FIG.

図3から分かるように、金属酸化物は、カーボンナノホーン内部に取込まれたままであり、多くのものは、カーボンナノホーンの先端付近に集まっている。   As can be seen from FIG. 3, the metal oxide is still taken into the carbon nanohorn, and many are gathered near the tip of the carbon nanohorn.

次に、上記サンプルの酸による耐性を確認するために、そのサンプルを5M塩酸溶液に浸漬し、24時間攪拌した。その後、フィルターを使ってろ過し、フィルターに残ったサンプルを24時間真空乾燥した。そのサンプルのTEM像を図4に示す。図4から分かるように、カーボンナノホーンの内部に多くの金属化合物が残っている。   Next, in order to confirm the resistance of the sample to acid, the sample was immersed in a 5M hydrochloric acid solution and stirred for 24 hours. Then, it filtered using the filter and the sample which remained on the filter was vacuum-dried for 24 hours. A TEM image of the sample is shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, many metal compounds remain inside the carbon nanohorn.

また、これらのサンプルの熱重量分析(TGA:ThermoGravimetric Analysis)により、塩酸中に溶出せず、カーボンナノホーン内に残った金属の量を見積もった。その結果を図5に示す。また、比較例として、閉孔処理をしない酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーンを作製し、塩酸中に溶出せずカーボンナノホーン内に残った金属量を求めた結果も図5に示す。なお、比較例の酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーンは、実施例3と同様の手法で、酢酸ガドリニウム内包ナノホーンを作製し、これを約600℃で熱処理することにより得た。   Further, by thermogravimetric analysis (TGA) of these samples, the amount of metal remaining in the carbon nanohorn without being eluted in hydrochloric acid was estimated. The result is shown in FIG. In addition, as a comparative example, a gadolinium oxide-encapsulating carbon nanohorn not subjected to pore closing treatment was prepared, and the result of obtaining the amount of metal remaining in the carbon nanohorn without being eluted in hydrochloric acid is also shown in FIG. In addition, the gadolinium oxide inclusion | inner_cover carbon nanohorn of the comparative example was obtained by producing the gadolinium acetate inclusion | inner_cover nanohorn by the method similar to Example 3, and heat-processing this at about 600 degreeC.

図5から、カーボンナノホーンの穴を塞ぎ、外部から内包物質を遮蔽した本発明のカーボンナノホーン複合体は、内包物質をカーボンナノホーン内で安定に存在させることが分かる。   From FIG. 5, it can be seen that the carbon nanohorn composite of the present invention in which the hole of the carbon nanohorn is closed and the inclusion substance is shielded from the outside allows the inclusion substance to exist stably in the carbon nanohorn.

Claims (4)

カーボンナノホーンと、前記カーボンナノホーンに内包された内包物質と、を有するカーボンナノホーン複合体であって
前記内包物質は、金属および有機物のいずれか1種若しくは2種以上の混合物、又は化合物を含み、
前記カーボンナノホーンに前記内包物質を内包するために形成した穴が閉塞されている、ことを特徴とするカーボンナノホーン複合体。
A carbon nanohorn complex having a carbon nanohorn, and a encapsulating material which is contained in the carbon nanohorn,
The inclusion substance includes one or a mixture of two or more of metals and organic substances , or a compound,
A carbon nanohorn composite comprising a hole formed to enclose the inclusion substance in the carbon nanohorn.
前記内包物質を内包する前記カーボンナノホーンの先端または壁面は、炭素原子の再結合によって閉塞されていることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノホーン複合体。 2. The carbon nanohorn complex according to claim 1, wherein a tip or a wall surface of the carbon nanohorn enclosing the inclusion substance is closed by recombination of carbon atoms. 前記カーボンナノホーンの直径は25nmであり、前記カーボンナノホーンが集合した凝集体の直径が30−150nmであることを特徴とする請求項1または2に記載のカーボンナノホーン複合体。 The carbon diameter of nano horn 2 - 5 nm, the carbon nanohorn aggregate was set diameter of 30-150Nm, carbon nanohorn complex according to claim 1 or 2, characterized in that. 前記カーボンナノホーンに前記内包物質を内包するために形成した穴は、前記内包物質と反応する物質が前記カーボンナノホーンの内部へ通過したり、前記内包物質が前記カーボンナノホーンから溶出したりすることがない大きさまで縮小して閉塞されている
ことを特徴とする請求項1から3いずれか一項に記載のカーボンナノホーン複合体。
The hole formed to encapsulate the inclusion substance in the carbon nanohorn does not allow a substance that reacts with the inclusion substance to pass into the carbon nanohorn or to elute the inclusion substance from the carbon nanohorn. It is closed to shrink to the size,
The carbon nanohorn composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon nanohorn composite is provided.
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