JP7437924B2 - Method for producing carbon material, carbon material, method for producing carbon material-containing material, carbon material-containing material, and organic-inorganic composite - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 集会名: 第45回炭素材料学会年会 開催日: 平成30年12月5日 [刊行物等] 集会名: 第12回酸化グラフェンシンポジウム 開催日: 令和1年6月21日 [刊行物等] 集会名: 第46回炭素材料学会年会 開催日: 令和1年11月28日~11月29日Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies Meeting name: 45th Annual Meeting of the Carbon Materials Society Date: December 5, 2018 [Publications, etc.] Meeting name: 12th Graphene Oxide Symposium Date: Reiwa 1 June 21, 2020 [Publications, etc.] Meeting name: 46th Annual Meeting of the Carbon Materials Society Date: November 28 to November 29, 2020

本発明は、炭素材料の製造方法、炭素材料、炭素材料含有材料の製造方法、炭素材料含有材料、および有機無機複合体に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon material, a carbon material, a method for producing a carbon material-containing material, a carbon material-containing material, and an organic-inorganic composite.

近年、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、グラフェン、酸化グラフェン、還元型酸化グラフェン、人造黒鉛、カーボンブラックなどの炭素材料は、それぞれ、その特徴的な物性に起因して、各種分野における新規な機能性材料として期待されている(例えば、非特許文献1~3)。 In recent years, carbon materials such as carbon nanotubes, fullerenes, graphite, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, artificial graphite, and carbon black have been used as novel functional materials in various fields due to their characteristic physical properties. (For example, non-patent documents 1 to 3).

グラフェンは2次元シート状の炭素材料であり、sp2炭素による六員環で敷き詰められた構造をしている。グラファイトは、通常、2次元シート状のグラフェン同士がファンデルワールス力で結合した多数の積層構造をしているものを指すが、1層のものをグラフェンと称する。2層-10層のグラフェンが積層した材料を多層グラフェンと呼び,2層-5層のグラフェンが積層した材料は数層グラフェンと呼ぶ。1層のグラフェンではベーサル面に官能基を導入することでグラフェン自体の特性や形状が大きく変化する。3層以上となると、グラフェンのベーサル面に官能基を導入しても中心部のグラフェンは直接影響を受けにくくなる。そのため,3層以上のグラフェンは基本的には層数が増加し、比表面積が減少する以外には際立った性質の違いは現れにくくなる。 Graphene is a two-dimensional sheet-like carbon material, and has a structure covered with six-membered rings made of sp2 carbon. Graphite usually refers to a layered structure in which two-dimensional sheets of graphene are bonded together by van der Waals forces, but a single-layer graphene is referred to as graphene. A material in which 2 to 10 layers of graphene are stacked is called multilayer graphene, and a material in which 2 to 5 layers of graphene are stacked is called few-layer graphene. In a single layer of graphene, the properties and shape of the graphene itself change significantly by introducing functional groups into the basal plane. When there are three or more layers, even if a functional group is introduced into the basal plane of graphene, the graphene in the center is less likely to be directly affected. Therefore, in graphene with three or more layers, the number of layers basically increases, and other than a decrease in specific surface area, it becomes difficult to see any noticeable difference in properties.

グラフェンの存在は古くから知られていたが、グラファイトから1枚のグラフェンを取り出す方法は最近まで確立されていなかった。2004年になって、高配向性の無水グラファイトの表面を粘着テープで剥離し、剥離したものを基板の上に貼り付ける方法によってグラフェンの薄片を取り出せることが見出され、その後、大量生産や低コスト生産を目指して、CVD(化学気相蒸着製膜法)などの気相製膜法によるグラフェンの製造方法や、酸化グラフェン(GO)の還元法によるグラフェン(還元型酸化グラフェン:RGO)の製造方法が検討されている。 Although the existence of graphene has been known for a long time, a method for extracting a single graphene sheet from graphite had not been established until recently. In 2004, it was discovered that graphene flakes could be extracted by peeling off the surface of highly oriented anhydrous graphite with adhesive tape and pasting the peeled material onto a substrate. Aiming for cost-effective production, we are developing graphene manufacturing methods using vapor-phase film forming methods such as CVD (chemical vapor deposition), and graphene (reduced graphene oxide: RGO) using graphene oxide (GO) reduction methods. Methods are being considered.

しかし、CVD(化学気相蒸着製膜法)などの気相製膜法によるグラフェンの製造方法は、膜以外の形状(代表的には、バルク状)として得ることができないという問題、可燃性ガスを使用しなければならないという問題、Cu等の触媒性能を有する金属基板上に製膜させるため、金属が不純物として含有してしまうという問題がある。 However, methods for producing graphene using vapor phase film forming methods such as CVD (chemical vapor deposition film forming method) have problems such as the inability to obtain graphene in a form other than a film (typically, a bulk form), and combustible gas. There is a problem that metal must be used as an impurity because the film is formed on a metal substrate having catalytic performance such as Cu.

また、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物を加熱して炭素材料を製造する方法が開示されている(特許文献1)。この技術では温和な条件で炭素材料が合成できることが示されている。 Furthermore, a method for producing a carbon material by heating a compound in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules is disclosed (Patent Document 1). This technology has been shown to be able to synthesize carbon materials under mild conditions.

工業的に製造されている炭素材料は、様々な官能基を有している。このため、炭素材料の構造を精密に制御することが難しく、物性にばらつきが生じてしまうという問題がある。近年、狙った物性を確実に発現できる炭素材料が求められており、このため、構造が精密に制御された炭素材料の開発が求められている。 Industrially manufactured carbon materials have various functional groups. Therefore, it is difficult to precisely control the structure of the carbon material, resulting in variations in physical properties. In recent years, there has been a demand for carbon materials that can reliably exhibit targeted physical properties, and for this reason, there is a need for the development of carbon materials whose structures are precisely controlled.

また、近年の省資源化や省エネルギー化のトレンドを踏まえ、軽量な炭素材料が開発され、各種分野で用いられている。このような軽量な炭素材料を備えた各種分野で有用な化合物として、例えば、カーボンコート無機粒子、中空炭素微粒子などの炭素材料含有材料が報告されている(例えば、特許文献2~5、非特許文献3~6)。また、工業的に製造されている炭素材料含有材料として、活性炭やカーボンブラックなどが知られている。 Furthermore, in light of recent trends in resource and energy conservation, lightweight carbon materials have been developed and are being used in various fields. Carbon material-containing materials such as carbon-coated inorganic particles and hollow carbon fine particles have been reported as compounds containing such lightweight carbon materials that are useful in various fields (for example, Patent Documents 2 to 5, Non-Patent Documents References 3-6). Additionally, activated carbon, carbon black, and the like are known as industrially produced carbon material-containing materials.

しかし、従来のカーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などの炭素材料含有材料は、カーボンコートさせる無機粒子や中空構造のベースとなる微粒子の表面に、気相反応や高温蒸着反応などによって炭素材料膜を形成させて製造しなければならず、低コストで大量生産を行う工業的な製造に対して適用することが困難である。 However, with conventional carbon-containing materials such as carbon-coated inorganic particles and hollow carbon fine particles, a carbon material film is formed on the surface of the inorganic particles to be coated with carbon or the fine particles that serve as the base of the hollow structure by a gas phase reaction or a high-temperature vapor deposition reaction. It is difficult to apply it to industrial manufacturing that involves mass production at low cost because it must be formed and manufactured.

また、工業的に製造されている活性炭やカーボンブラックなども含めて上記のような炭素材料含有材料は、様々な官能基を有している。このため、炭素材料含有材料の構造を精密に制御することが難しく、物性にばらつきが生じてしまうという問題がある。近年、狙った物性を確実に発現できる炭素材料含有材料が求められており、このため、構造が精密に制御された炭素材料含有材料の開発が求められている。 Furthermore, the above carbon material-containing materials, including industrially produced activated carbon and carbon black, have various functional groups. For this reason, it is difficult to precisely control the structure of the carbon material-containing material, resulting in variations in physical properties. In recent years, there has been a demand for carbon material-containing materials that can reliably exhibit targeted physical properties, and for this reason, there is a demand for the development of carbon material-containing materials whose structures are precisely controlled.

特開2019-085298号公報JP2019-085298A 特開平7-187849号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-187849 特開平7-267618号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-267618 特開2005-281065号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-281065 特開2010-168251号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-168251

Nature,354,p.56-58(1991)Nature, 354, p. 56-58 (1991) Science,306,p.666-669(2004)Science, 306, p. 666-669 (2004) H.Nishihara et.al., Adv.Funct.Mater., 26, 6418-6427(2016)H. Nishihara et. al. , Adv. Funct. Mater. , 26, 6418-6427 (2016) 齋藤理一郎著, 「グラフェンの最先端技術と広がる応用」, 第2章.グラフェンの基礎物性, 3.グラフェンの光電子物性Riichiro Saito, “Cutting-edge technology and expanding applications of graphene”, Chapter 2. Basic physical properties of graphene, 3. Photoelectronic properties of graphene Dawei Pan et.al., Langmuir, 22, 5872-5876(2006)Dawei Pan et. al. , Langmuir, 22, 5872-5876 (2006) V.Ruiz et.al., Electrochemistry Communications, 24, 35-38(2012)V. Ruiz et. al. , Electrochemistry Communications, 24, 35-38 (2012)

本発明の課題は、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することにある。また、構造が精密に制御された炭素材料を提供することにある。また、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することにある。また、構造が精密に制御され、炭素材料と無機物とが共有結合によって結合されている炭素材料含有材料を提供することにある。さらに、カーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などの炭素材料含有材料を工業的に製造するため等に有用な、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for easily producing a carbon material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Another object of the present invention is to provide a carbon material whose structure is precisely controlled. Another object of the present invention is to provide a method for easily producing a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Another object of the present invention is to provide a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled and in which a carbon material and an inorganic substance are bonded by covalent bonds. Another object of the present invention is to provide an organic-inorganic composite that can be industrially produced under mild conditions and is useful for industrially producing carbon material-containing materials such as carbon-coated inorganic particles and hollow carbon fine particles.

本発明の炭素材料の製造方法は、
加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)を含む組成物を加熱する加熱工程(i)を含み、
該加熱工程(i)における加熱温度は、該化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、
該化合物(A)が分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物であり、
該加熱工程(i)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。
The method for producing a carbon material of the present invention includes:
Including a heating step (i) of heating a composition containing a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules by heating,
The heating temperature in the heating step (i) is (T-150) °C or higher when the condensation reaction temperature of the compound (A) is T °C,
The compound (A) is a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule,
The heating step (i) includes a condensation reaction between the two phenolic OH groups of the compound (A) between the same molecules and/or between different molecules.

本発明の炭素材料は、
元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が1.0atom%~8.0atom%であり、酸素原子の含有割合が0.1atom%~4atom%である。
The carbon material of the present invention is
The content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in elemental analysis is that when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%, the content ratio of hydrogen atoms is 1.0 atom% to 8.0 atom%, and oxygen The content ratio of atoms is 0.1 atom% to 4 atom%.

本発明の炭素材料含有材料の製造方法は、
炭素材料含有材料を製造する方法であって、
加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)を含み、
該加熱工程(I)における加熱温度は、該化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、
該化合物(A)が分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物であり、
該加熱工程(I)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。
The method for producing a carbon material-containing material of the present invention includes:
A method of manufacturing a carbon material-containing material, the method comprising:
Including a heating step (I) of heating a composition containing a compound (A) and an inorganic substance in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules by heating,
The heating temperature in the heating step (I) is (T-150) °C or higher when the condensation reaction temperature of the compound (A) is T °C,
The compound (A) is a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule,
The heating step (I) includes a condensation reaction between the two phenolic OH groups of the compound (A) between the same molecules and/or between different molecules.

一つの実施形態においては、上記加熱工程(I)の後、上記化合物(A)の加熱によって生成する炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程を含む。 In one embodiment, after the heating step (I), a carbon material removing step is included in which at least a part of the carbon material generated by heating the compound (A) is removed.

一つの実施形態においては、上記炭素材料除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含む。 In one embodiment, after the carbon material removal step, a heating step (II) of further heating is included.

一つの実施形態においては、上記加熱工程(I)の後、前記無機物を除去する無機物除去工程を含む。 In one embodiment, after the heating step (I), an inorganic substance removal step of removing the inorganic substance is included.

一つの実施形態においては、上記無機物除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含む。 In one embodiment, a heating step (II) of further heating is included after the inorganic substance removal step.

一つの実施形態においては、上記化合物(A)の分子量が500以下である。 In one embodiment, the molecular weight of the compound (A) is 500 or less.

一つの実施形態においては、上記化合物(A)の縮合反応温度が450℃以下である。 In one embodiment, the condensation reaction temperature of the compound (A) is 450°C or lower.

一つの実施形態においては、上記化合物(A)の縮合反応温度が400℃以下である。 In one embodiment, the condensation reaction temperature of the compound (A) is 400°C or less.

一つの実施形態においては、上記化合物(A)の、窒素ガス雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、温度50℃における初期重量M50に対する温度500℃における重量M500の重量比(M500/M50)が0.2以上である。 In one embodiment, the initial weight M50 of the compound (A) at a temperature of 50°C when TG-DTA analysis is performed under nitrogen gas atmosphere from 40°C under heating conditions of 10°C/min. The weight ratio (M500/M50) of weight M500 at a temperature of 500° C. is 0.2 or more.

一つの実施形態においては、上記縮合反応が酸触媒によって促進される。 In one embodiment, the condensation reaction is facilitated by an acid catalyst.

一つの実施形態においては、上記無機物が、無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物、無機炭化物、不溶性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the inorganic substance is at least one selected from the group consisting of inorganic oxides, inorganic nitrides, inorganic sulfides, inorganic carbides, and insoluble salts.

一つの実施形態においては、上記無機酸化物が、表面に官能基を有する無機酸化物粒子である。 In one embodiment, the inorganic oxide is an inorganic oxide particle having a functional group on its surface.

一つの実施形態においては、上記無機酸化物粒子が、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the inorganic oxide particles include silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, composite oxide particles, and solid solutions. At least one kind selected from the group consisting of oxide particles.

一つの実施形態においては、上記ポリ酸粒子を構成する金属が、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタン、タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the metal constituting the polyacid particles is at least one metal selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, titanium, and tantalum.

一つの実施形態においては、上記無機酸化物の分解温度が800℃以上である。 In one embodiment, the decomposition temperature of the inorganic oxide is 800°C or higher.

本発明の炭素材料含有材料は、
炭素材料と無機物を含む炭素材料含有材料であって、
該炭素材料の少なくとも一部と該無機物の少なくとも一部とが共有結合によって結合しており、
該炭素材料の元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が1.0atom%~8.0atom%であり、酸素原子の含有割合が0.1atom%~4atom%である。
The carbon material-containing material of the present invention is
A carbon material-containing material containing a carbon material and an inorganic substance,
At least a part of the carbon material and at least a part of the inorganic substance are bonded by a covalent bond,
The content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in the elemental analysis of the carbon material is such that when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%, the content ratio of hydrogen atoms is 1.0 atom% to 8.0 atom%. The content of oxygen atoms is 0.1 atom% to 4 atom%.

一つの実施形態においては、本発明の炭素材料含有材料は、13C-NMR分析において、125ppm~135ppmの間にピークを示す。 In one embodiment, the carbon material-containing material of the present invention exhibits a peak between 125 ppm and 135 ppm in 13 C-NMR analysis.

一つの実施形態においては、本発明の炭素材料含有材料は、13C-NMR分析において、140ppm~160ppmの間にピークを示す。 In one embodiment, the carbon material-containing material of the present invention exhibits a peak between 140 ppm and 160 ppm in 13 C-NMR analysis.

本発明の有機無機複合体は、
炭素材料と無機物を含む有機無機複合体であって、
該炭素材料が溶媒に可溶であり、
該炭素材料の元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が1.0atom%~8.0atom%であり、酸素原子の含有割合が0.1atom%~4atom%である。
The organic-inorganic composite of the present invention is
An organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic substance,
the carbon material is soluble in a solvent,
The content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in the elemental analysis of the carbon material is such that when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%, the content ratio of hydrogen atoms is 1.0 atom% to 8.0 atom%. The content of oxygen atoms is 0.1 atom% to 4 atom%.

一つの実施形態においては、上記溶媒がN-メチルピロリドンである。 In one embodiment, the solvent is N-methylpyrrolidone.

一つの実施形態においては、上記無機物が、無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物、無機炭化物、不溶性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the inorganic substance is at least one selected from the group consisting of inorganic oxides, inorganic nitrides, inorganic sulfides, inorganic carbides, and insoluble salts.

一つの実施形態においては、上記無機酸化物が、表面に官能基を有する無機酸化物粒子である。 In one embodiment, the inorganic oxide is an inorganic oxide particle having a functional group on its surface.

一つの実施形態においては、上記無機酸化物粒子が、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the inorganic oxide particles include silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, composite oxide particles, and solid solutions. At least one kind selected from the group consisting of oxide particles.

一つの実施形態においては、上記ポリ酸粒子を構成する金属が、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタン、タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種である。 In one embodiment, the metal constituting the polyacid particles is at least one metal selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, titanium, and tantalum.

本発明によれば、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することができる。また、構造が精密に制御された炭素材料を提供することができる。また、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することができる。また、本発明によれば、構造が精密に制御され、炭素材料と無機物とが共有結合によって結合されている炭素材料含有材料を提供することができる。さらに、本発明によれば、カーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などの炭素材料含有材料を工業的に製造するため等に有用な、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for easily producing a carbon material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Furthermore, a carbon material whose structure is precisely controlled can be provided. Further, it is possible to provide a method for easily producing a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Further, according to the present invention, it is possible to provide a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled and in which a carbon material and an inorganic substance are bonded by covalent bonds. Furthermore, the present invention provides an organic-inorganic composite that can be industrially manufactured under mild conditions and is useful for industrially manufacturing carbon material-containing materials such as carbon-coated inorganic particles and hollow carbon fine particles. can do.

本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体、ならびに、本発明の有機無機複合体の一つの好ましい実施形態を示す概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an organic-inorganic composite that is one embodiment of a carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention, and a preferred embodiment of the organic-inorganic composite of the present invention. 本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態である炭素材料含有粒子の一例であるコアシェル粒子、ならびに、本発明の有機無機複合体から得られ得るコアシェル粒子を示す概略断面図である。A schematic cross-sectional view showing core-shell particles that are an example of carbon material-containing particles that are one embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention, and core-shell particles that can be obtained from the organic-inorganic composite of the present invention. It is. 実施例1~4で得られる有機無機複合体(1)~(4)のXPSスペクトル(C1s)図である。1 is an XPS spectrum (C1s) diagram of organic-inorganic composites (1) to (4) obtained in Examples 1 to 4. FIG. 実施例1~4で得られる有機無機複合体(1)~(4)のTG-DTA分析におけるDTA分析の結果を示す測定図である。FIG. 2 is a measurement diagram showing the results of DTA analysis in TG-DTA analysis of organic-inorganic composites (1) to (4) obtained in Examples 1 to 4. 実施例1~4で得られる有機無機複合体(1)~(4)のIRスペクトル図である。FIG. 2 is an IR spectrum diagram of organic-inorganic composites (1) to (4) obtained in Examples 1 to 4. 実施例1~4で得られる有機無機複合体(1)~(4)のラマンスペクトル図である。1 is a Raman spectrum diagram of organic-inorganic composites (1) to (4) obtained in Examples 1 to 4. FIG. 実施例5~8で得られる有機無機複合体(5)~(8)のXPSスペクトル(C1s)図である。FIG. 2 is an XPS spectrum (C1s) diagram of organic-inorganic composites (5) to (8) obtained in Examples 5 to 8. 実施例5~8で得られる有機無機複合体(5)~(8)のIRスペクトル図である。FIG. 2 is an IR spectrum diagram of organic-inorganic composites (5) to (8) obtained in Examples 5 to 8. 実施例9で得られる有機無機複合体(9)のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of an organic-inorganic composite (9) obtained in Example 9. 実施例9で得られる高炭素化コアシェル粒子(9)のSEM写真図である。FIG. 3 is a SEM photograph of highly carbonized core-shell particles (9) obtained in Example 9. 実施例9で得られる高炭素化コアシェル粒子(9)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (9) obtained in Example 9. 実施例9で得られる高炭素化コアシェル粒子(9)および比較例3で得られた粒子の13C-NMR図である。 13C -NMR images of highly carbonized core-shell particles (9) obtained in Example 9 and particles obtained in Comparative Example 3. FIG. 実施例9で得られる高炭素化コアシェル粒子(9)、比較例3で得られた粒子、およびシリカ粒子の29Si-NMR図である。29 is a 29 Si-NMR image of highly carbonized core-shell particles (9) obtained in Example 9, particles obtained in Comparative Example 3, and silica particles. FIG. 実施例10で得られる高炭素化コアシェル粒子(10)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 2 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (10) obtained in Example 10. 実施例11で得られる高炭素化コアシェル粒子(11)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 2 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (11) obtained in Example 11. 高炭素化コアシェル粒子(11)のSPS焼結により得られる焼結体と、アルミニウムのSPS焼結により得られる焼結体の、ビッカース硬度の比較グラフ図である。It is a comparative graph of the Vickers hardness of a sintered body obtained by SPS sintering of highly carbonized core-shell particles (11) and a sintered body obtained by SPS sintering of aluminum. 実施例12で得られる高炭素化コアシェル粒子(12)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (12) obtained in Example 12. 実施例13で得られる高炭素化コアシェル粒子(13)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (13) obtained in Example 13. 実施例14で得られる高炭素化コアシェル粒子(14)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (14) obtained in Example 14. 実施例15で得られる高炭素化コアシェル粒子(15)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (15) obtained in Example 15. 実施例16で得られる高炭素化コアシェル粒子(16)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (16) obtained in Example 16. 実施例17で得られる高炭素化コアシェル粒子(17)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (17) obtained in Example 17. 実施例18で得られる高炭素化コアシェル粒子(18)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (18) obtained in Example 18. 実施例19で得られる高炭素化コアシェル粒子(19)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (19) obtained in Example 19. 実施例20で得られる高炭素化コアシェル粒子(20)の表面のラマンスペクトル図である。3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (20) obtained in Example 20. FIG. 実施例21で得られる有機無機複合体(21)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of the organic-inorganic composite (21) obtained in Example 21. 実施例21で得られる高炭素化コアシェル粒子(21)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (21) obtained in Example 21. 実施例22で得られる有機無機複合体(22)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of the organic-inorganic composite (22) obtained in Example 22. 実施例22で得られる高炭素化コアシェル粒子(22)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (22) obtained in Example 22. 実施例23で得られる有機無機複合体(23)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of the organic-inorganic composite (23) obtained in Example 23. 実施例23で得られる高炭素化コアシェル粒子(23)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (23) obtained in Example 23. 実施例24で得られる有機無機複合体(24)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of the organic-inorganic composite (24) obtained in Example 24. 実施例24で得られる高炭素化コアシェル粒子(24)の表面のラマンスペクトル図である。FIG. 3 is a Raman spectrum diagram of the surface of highly carbonized core-shell particles (24) obtained in Example 24. 実施例1~8で得られた炭素材料の13C-NMR分析結果である。 13C -NMR analysis results of carbon materials obtained in Examples 1 to 8.

≪≪1.炭素材料の製造方法≫≫
本発明の炭素材料の製造方法は、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)を含む組成物を加熱する加熱工程(i)を含み、該加熱工程(i)における加熱温度は、該化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、該化合物(A)が分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物であり、該加熱工程(i)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。
≪≪1. Manufacturing method of carbon material≫≫
The method for producing a carbon material of the present invention includes a heating step (i) of heating a composition containing a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules by heating, and the heating step (i) ), when the condensation reaction temperature of the compound (A) is T°C, the heating temperature is at least (T-150)°C, and the compound (A) has two or more phenolic OH groups in the molecule. The heating step (i) includes a condensation reaction between the two phenolic OH groups of the compound (A) between the same molecules and/or between different molecules.

加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)を含む組成物中の該化合物(A)の含有割合は、好ましくは50重量%~100重量%であり、より好ましくは80重量%~100重量%であり、さらに好ましくは90重量%~100重量%であり、特に好ましくは95重量%~100重量%であり、最も好ましくは実質的に100重量%である。 The content of the compound (A) in a composition containing the compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating is preferably 50% by weight to 100% by weight, more preferably is 80% to 100% by weight, more preferably 90% to 100% by weight, particularly preferably 95% to 100% by weight, and most preferably substantially 100% by weight.

ここにいう「実質的に、」とは、化合物(A)に起因する効果以外の効果を発現させるための別の成分が、化合物(A)に積極的に備えられたり、化合物(A)と積極的に併用されたりする形態を除くことを意味し、例えば、本発明の効果を損なわない範囲で、製造過程などによって不可避に混入する不純物等の含有は許容される。 The term "substantially" as used herein means that compound (A) is actively provided with another component to produce an effect other than that caused by compound (A), or that compound (A) This means excluding forms that are actively used in combination; for example, the inclusion of impurities that are unavoidably mixed in during the manufacturing process etc. is permitted within a range that does not impair the effects of the present invention.

加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)を含む組成物中には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、例えば、溶媒、触媒、母材、担体などが挙げられる。 The composition containing the compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating may contain any other appropriate components as long as the effects of the present invention are not impaired. Good too. Examples of such other components include a solvent, a catalyst, a base material, a carrier, and the like.

なお、上記の任意の適切な他の成分には、後述する炭素材料含有材料を製造する際に用いる、化合物(A)を含む組成物中に含まれる無機物は除かれる。 Note that the above-mentioned arbitrary appropriate other components exclude inorganic substances contained in the composition containing the compound (A) used when manufacturing the carbon material-containing material described below.

加熱工程(i)における加熱温度は、化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、好ましくは(T-150~T+50)℃であり、より好ましくは(T-130~T+45)℃であり、さらに好ましくは(T-100~T+40)℃であり、特に好ましくは(T-80~T+35)℃であり、最も好ましくは(T-50~T+30)℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造し得る。 The heating temperature in the heating step (i) is at least (T-150)°C, preferably (T-150 to T+50)°C, when the condensation reaction temperature of compound (A) is T°C, and more preferably Preferably (T-130 to T+45)°C, more preferably (T-100 to T+40)°C, particularly preferably (T-80 to T+35)°C, most preferably (T-50 to T+30) )℃. By adjusting the heating temperature within the above range, a carbon material whose structure is precisely controlled can be easily produced under mild conditions.

化合物(A)の縮合反応温度は、TG-DTA分析によって決定できる。具体的には、下記の通りである。
(1)化合物(A)として1種の化合物を用いる場合には、化合物(A)のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(2)化合物(A)として2種以上の化合物の混合物を用いる場合には、該混合物のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)(2種以上の化合物の混合物)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(3)ただし、1種の化合物や2種以上の化合物の混合物としての化合物(A)に、例えば、溶媒や水分や水和水等の不純物が含まれている場合は、該不純物の脱離に伴うDTAピーク(不純物ピークと称することもある)が縮合反応温度よりも低温で観測されることがある。このような場合には、上記の不純物ピークは無視して、その化合物(A)の縮合反応温度を決定する。通常は、上記の不純物ピークは無視した上で、DTAの最も低温側のピークトップ温度を、その化合物(A)の縮合反応温度と決定する。
The condensation reaction temperature of compound (A) can be determined by TG-DTA analysis. Specifically, it is as follows.
(1) When one type of compound is used as compound (A), TG-DTA analysis of compound (A) is performed by heating from 40°C at a temperature increase rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere, The peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A).
(2) When using a mixture of two or more compounds as compound (A), perform TG-DTA analysis of the mixture by increasing the temperature from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere. , the peak top temperature at the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A) (a mixture of two or more compounds).
(3) However, if compound (A) as one type of compound or a mixture of two or more types of compounds contains impurities such as a solvent, water, or water of hydration, the impurities can be removed. A DTA peak (sometimes referred to as an impurity peak) accompanying the condensation reaction may be observed at a temperature lower than the condensation reaction temperature. In such a case, the above impurity peak is ignored and the condensation reaction temperature of the compound (A) is determined. Usually, the peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature of the compound (A), ignoring the impurity peaks mentioned above.

加熱工程(i)における加熱温度は、具体的な加熱温度として、好ましく100℃~800℃であり、より好ましくは150℃~700℃であり、さらに好ましくは200℃~650℃であり、最も好ましくは250℃~600℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造し得る。 The specific heating temperature in the heating step (i) is preferably 100°C to 800°C, more preferably 150°C to 700°C, still more preferably 200°C to 650°C, and most preferably is 250°C to 600°C. By adjusting the heating temperature within the above range, a carbon material whose structure is precisely controlled can be easily produced under mild conditions.

なお、得られる炭素材料の溶解性を考慮すると、加熱工程(i)における加熱温度は、好ましくは200℃以上500℃未満であり、より好ましくは220℃以上400℃未満であり、さらに好ましくは230℃~350℃であり、特に好ましくは250℃~300℃である。 In addition, considering the solubility of the obtained carbon material, the heating temperature in the heating step (i) is preferably 200°C or higher and lower than 500°C, more preferably 220°C or higher and lower than 400°C, and even more preferably 230°C or higher and lower than 400°C. ℃~350℃, particularly preferably 250℃~300℃.

加熱工程(i)における加熱時間は、具体的な加熱時間として、好ましくは0.1時間~120時間であり、より好ましくは0.5時間~100時間であり、さらに好ましくは1時間~50時間であり、最も好ましくは2時間~24時間である。加熱時間を上記範囲に調整することにより、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造し得る。 The specific heating time in the heating step (i) is preferably 0.1 to 120 hours, more preferably 0.5 to 100 hours, and even more preferably 1 to 50 hours. and most preferably from 2 hours to 24 hours. By adjusting the heating time within the above range, a carbon material whose structure is precisely controlled can be easily produced under mild conditions.

本発明の炭素材料の製造方法においては、好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を、金属と接触させない状態で焼成する。分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を、金属と接触させない状態で焼成することにより、得られる炭素材料中に金属が不純物として含有してしまうことを抑制し得る。ただし、上記のように金属と接触させないというのは積極的に金属に接触させないという意味であり、製造の工程上、例えば焼成炉の底面、壁面に接触してしまう場合は含まない。積極的に接触させるというのは、後述のような、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を薄膜状にすることで、金属との接触面積を積極的に増やす等の操作を意味する。 In the method for producing a carbon material of the present invention, preferably a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) is used. ) is fired without contact with metal. By firing a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) without contacting with metal, It is possible to suppress metal from being contained as an impurity in the obtained carbon material. However, as mentioned above, not coming into contact with metal means not actively coming into contact with metal, and does not include cases where it comes into contact with, for example, the bottom or wall of the firing furnace during the manufacturing process. Actively contacting refers to a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule), as described below. ) into a thin film to actively increase the contact area with metal.

本発明の炭素材料の製造方法においては、好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を、触媒反応を用いずに焼成する。分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を、触媒反応を用いずに焼成することにより、反応触媒が炭素材料中に存在してしまって致命的な不純物となることを抑制し得る。 In the method for producing a carbon material of the present invention, preferably a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) is used. ) is calcined without catalytic reaction. By baking a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) without using a catalytic reaction, This can prevent the reaction catalyst from existing in the carbon material and becoming a fatal impurity.

本発明の炭素材料の製造方法においては、好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)をバルク状態で焼成する。分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)をバルク状態で焼成するとは、例えば、(i)分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)からなる粒子(粉体)を焼成する、(ii)分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)からなる粒子(例えば、粉体)を圧縮成形等でペレット状やフィルム状に成形を行った後、その成形体を焼成する、等の行為を包含する。粒子(例えば、粉体)や成形体を焼成する際、例えば、容器に入れて加熱してもよい。容器としては、任意の適切な容器を採用し得る。このような容器としては、例えば、加熱温度で実質的に変質しない材質からなるものが好ましい。また、粒子(例えば、粉体)や成形体が接触する表面が、焼成する際に、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)と化学反応しないような材質であることが好ましい。粒子(例えば、粉体)や成形体を好ましい条件で焼成することにより、炭素材料を得ることが可能となり、その加熱する工程において、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物の融点付近で該化合物(a)が融解して液体状になることがある。このような経過を経る場合も「分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)をバルク状態で焼成する」ことに含まれる。一方、本発明の意味する「バルク状態で焼成する」ものではない例としては、例えば、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を含む組成物(好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物)を溶剤に溶解して任意の基材状に塗布して膜状にして該基材とともに加熱することにより薄膜を形成する方法、化学気相成長法(CVD)法、物理気相成長法(PVD)、薄膜蒸着加熱法、などが挙げられる。薄膜としてはおおむね膜厚が1μm以下の範囲を意味する。 In the method for producing a carbon material of the present invention, preferably a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) is used. ) is fired in bulk. Calcining a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) in a bulk state means, for example, (i) (ii) firing particles (powder) made of a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule); ) Compression molding of particles (e.g., powder) consisting of a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule) It includes actions such as molding the molded product into a pellet or film shape using a method such as the above, and then firing the molded product. When firing particles (for example, powder) or molded bodies, they may be placed in a container and heated, for example. Any suitable container can be used as the container. Such a container is preferably made of a material that does not substantially change in quality at heating temperatures, for example. In addition, when the surface of the particles (e.g., powder) or molded body comes into contact with is a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably two or more phenolic OH groups in the molecule). It is preferable that the material is one that does not chemically react with the above-mentioned compounds having a phenolic OH group. By firing particles (e.g. powder) or molded bodies under favorable conditions, it is possible to obtain a carbon material, and in the heating process, the melting point of a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule can be reduced. The compound (a) may melt in the vicinity and become liquid. Even if such a process occurs, "a composition containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule)" in a bulk state. Included in ``baking''. On the other hand, examples of compositions that are not "calcined in bulk" within the meaning of the present invention include, for example, compositions containing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule (preferably, two or more phenolic OH groups in the molecule). A method of forming a thin film by dissolving the above-mentioned compound having a phenolic OH group in a solvent and applying it to an arbitrary base material to form a film and heating it together with the base material, chemical vapor deposition method (CVD) ) method, physical vapor deposition method (PVD), thin film deposition heating method, and the like. A thin film generally means a film thickness of 1 μm or less.

加熱工程(i)における加熱(焼成と称する場合もある)の方法としては、管状炉、ボックス炉のような焼成炉、熱媒を利用した加熱反応装置、マイクロ波を利用した加熱反応装置などが使用できる。加熱の条件としては、真空下、常圧下、加圧下などで行うことができる。加熱雰囲気の条件としては、大気下、不活性ガス雰囲気下などで行うことができる。加熱雰囲気の条件としては、好ましくは、窒素、アルゴン等の不活性ガスの雰囲気下である。 The method of heating (sometimes referred to as calcination) in the heating step (i) includes a tube furnace, a calcination furnace such as a box furnace, a heating reaction device using a heating medium, a heating reaction device using microwaves, etc. Can be used. Heating can be carried out under vacuum, normal pressure, pressurization, or the like. The heating atmosphere may be in the atmosphere, in an inert gas atmosphere, or the like. The heating atmosphere is preferably an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

≪1-1.化合物(A)≫
化合物(A)は、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる。そして、化合物(A)を含む組成物を加熱する加熱工程(i)によって、化合物(A)は炭素材料となり得る。
≪1-1. Compound (A)≫
When compound (A) is heated, a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules. Then, by the heating step (i) of heating the composition containing compound (A), compound (A) can be turned into a carbon material.

化合物(A)は、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物である。分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 Compound (A) is a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule. The number of compounds having two or more phenolic OH groups in the molecule may be one, or two or more.

本発明の炭素材料の製造方法において、化合物(A)として、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を採用することにより、加熱工程(i)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。なお、加熱工程(i)においては、上記の同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、同一分子間および/または異種分子間における、任意の適切な他の2つの基の間の縮合反応を含んでいてもよい。 In the method for producing a carbon material of the present invention, by employing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule as the compound (A), the heating step (i) It involves a condensation reaction between two phenolic OH groups in the same molecule and/or in different molecules. In addition, in the heating step (i), in addition to the above-mentioned condensation reaction between the same molecules and/or between the two phenolic OH groups between the same molecules and/or different types of molecules, reactions between the same molecules and between the same molecules and/or between different types of molecules are carried out within the range that does not impair the effects of the present invention. It may also include a condensation reaction between any other suitable two groups between different molecules.

分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応により、好ましくは、少なくともC-O-C結合によって2つの芳香環が結合した構造が形成される。さらに、上記の縮合反応、および該縮合反応に続いたり併行して起こったりする他の反応により、2つ以上の芳香環同士の間に新たな結合(例えば、C-C結合など)が形成したり、高分子量化が進行したりし得る。 A condensation reaction between two phenolic OH groups of a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule, between the same molecules and/or between different molecules, preferably by at least a C-O-C bond. A structure in which two aromatic rings are bonded is formed. Furthermore, new bonds (for example, C--C bonds, etc.) are formed between two or more aromatic rings by the above condensation reaction and other reactions that occur following or in parallel with the condensation reaction. or polymerization may proceed.

なお、上記C-C結合の形成は、例えば、C-O-C結合からの脱酸素反応、芳香環に直接結合したH基とOH基との間の脱水反応、芳香環に直接結合したH基とH基との間の脱水素反応などによって起こり得る。 Note that the formation of the above C--C bond is, for example, a deoxygenation reaction from a C--O--C bond, a dehydration reaction between an H group directly bonded to an aromatic ring and an OH group, a H group directly bonded to an aromatic ring, etc. This can occur due to a dehydrogenation reaction between the group and the H group.

また、化合物(A)の選択や、加熱工程(i)における各種条件の選択によって、2つ以上の芳香環同士の間での縮環反応も起こり得る。 Further, depending on the selection of the compound (A) and the selection of various conditions in the heating step (i), a ring condensation reaction between two or more aromatic rings may also occur.

分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物としては、例えば、一般式(1)~(11)に示す化合物が挙げられる。 Examples of compounds having two or more phenolic OH groups in the molecule include compounds represented by general formulas (1) to (11).

Figure 0007437924000001
Figure 0007437924000001

一般式(1)~(11)のそれぞれにおいて、Xは水素原子または水酸基を表し、Xの中の2つ以上がフェノール性OH基である。 In each of the general formulas (1) to (11), X represents a hydrogen atom or a hydroxyl group, and two or more of X are phenolic OH groups.

ここで、フェノール性OH基とは、芳香環に結合した水酸基を意味する。すなわち、一般式(1)においては、芳香環に結合した6つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(2)においては、芳香環に結合した6つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(3)においては、芳香環に結合した10個のXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(4)においては、芳香環に結合した11個のXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(5)においては、芳香環に結合した9つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(6)においては、芳香環に結合した9つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(7)においては、芳香環に結合した10個のXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(8)においては、芳香環に結合した11個のXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(9)においては、芳香環に結合した9つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(10)においては、芳香環に結合した9つのXの中の2つ以上がフェノール性OH基であり、一般式(11)においては、芳香環に結合した12個のXの中の2つ以上がフェノール性OH基である。 Here, the phenolic OH group means a hydroxyl group bonded to an aromatic ring. That is, in general formula (1), two or more of the six Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and in general formula (2), two or more of the six Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups. In general formula (3), two or more of the 10 X bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and in general formula (4), two or more of , two or more of the 11 Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and in general formula (5), two or more of the 9 Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups. In the general formula (6), two or more of the nine Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and in the general formula (7), two or more of the nine Xs bonded to the aromatic ring are Two or more of the Xs are phenolic OH groups, and in the general formula (8), two or more of the 11 Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and the general formula (9 ), two or more of the nine Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups, and in general formula (10), two or more of the nine Xs bonded to the aromatic ring are phenol. In general formula (11), two or more of the 12 Xs bonded to the aromatic ring are phenolic OH groups.

分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物の中でも、同一分子間および/または異種分子間における2つのフェノール性OH基間の縮合反応が起こりやすいと推察され、反応が進行しやすいと推察される点で、好ましくは、フロログルシノール、ヘキサヒドロキシトリフェニレン、ポリフェノール、ジヒドロキシベンゼン(例えば、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコールなど)、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシアントラセン、ジヒドロキシフェナントレン、ジヒドロキシピレン、ジヒドロキシトリフェニレンなどが挙げられる。また、上記に挙げた化合物がさらに置換基を有するものや、ヘテロ元素含有環を有するものも挙げられる。これらの中でも、本発明の効果をより発現し得る点で、より好ましくは、フロログルシノール、ヘキサヒドロキシトリフェニレン、ポリフェノールが挙げられる。 Among compounds that have two or more phenolic OH groups in the molecule, it is assumed that condensation reactions between two phenolic OH groups between the same molecule and/or different molecules are likely to occur, and the reaction tends to proceed easily. As expected, preferred examples include phloroglucinol, hexahydroxytriphenylene, polyphenols, dihydroxybenzenes (e.g., hydroquinone, resorcinol, catechol, etc.), dihydroxynaphthalene, dihydroxyanthracene, dihydroxyphenanthrene, dihydroxypyrene, dihydroxytriphenylene, etc. . Further, the above-mentioned compounds further include those having a substituent and those having a hetero element-containing ring. Among these, phloroglucinol, hexahydroxytriphenylene, and polyphenol are more preferred in that they can more effectively exhibit the effects of the present invention.

ポリフェノールとしては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なポリフェノールを採用し得る。このようなポリフェノールとしては、例えば、イチョウ葉エキス、マンゴスチンエキス、イチゴ種子エキス、クルミポリフェノール、ガラナエキス、ジャワショウガエキス、ノビレチン、ブルーベリー葉エキス、メリンジョエキス、ブドウレスベラトロール、リンゴンベリーエキス、コケモモエキス、グネチンC、ε-ビニフェリン、レスベラトロール、ブドウ種子エキス、黒大豆種皮ポリフェノール、黒豆種皮ポリフェノール、カシスエキス、クルクミン、ホワイトクルクミノイド、ポリメトキシフラボノイド(PMF)、ジヒドロケルセチン、マリアアザミエキス、シリマリン、シリビニン、αGヘスペリジン、ヘスペリジン、メチルヘスペリジン、オレンジ由来ルチノシド、ヘスペレチン、ピクノジェノール、オリゴノール、アマニリグナン、パセリエキス、マキベリーエキス、キウイ種子エキス、シソの実エキス、アカジソエキス、紫蘇葉、アロニアエキス、ハスカップエキス、シアニジン-3-グルコシド、ウラジロガシ抽出エキス、アサイーエキス、カムカムエキス、マロンポリフェノール、大豆イソフラボン、柑橘フルーツエキス、海藻ポリフェノール、パミスエキス、オリーブ果実エキス、スダチ果皮エキス、レンコンエキス、ウコンエキス、エキナケア(エキナセア)、荷葉エキス(ハスの葉)、カンカニクジュヨウ、グアバ葉エキス、クワ葉エキス、ベニバナエキス、コーンシルクエキス、サラシアエキス、シャゼンソウエキス(オオバコ)、セイヨウサンザシエキス、チンピエキス、田七人参エキス、甜茶エキス、トウヒ抽出液、ドクダミエキス、ヤーコンエキス、ラフマエキス、緑茶エキスなどが挙げられる。ポリフェノールは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 As the polyphenol, any suitable polyphenol may be employed as long as it does not impair the effects of the present invention. Examples of such polyphenols include ginkgo biloba extract, mangosteen extract, strawberry seed extract, walnut polyphenols, guarana extract, Java ginger extract, nobiletin, blueberry leaf extract, melinjo extract, grape resveratrol, lingonberry extract, and lingonberry extract. Extract, gnetin C, ε-viniferin, resveratrol, grape seed extract, black soybean seed coat polyphenols, black bean seed coat polyphenols, blackcurrant extract, curcumin, white curcuminoids, polymethoxyflavonoids (PMF), dihydroquercetin, milk thistle extract, silymarin, Silibinin, αG hesperidin, hesperidin, methylhesperidin, orange-derived rutinoside, hesperetin, pycnogenol, oligonol, flaxseed lignan, parsley extract, maqui berry extract, kiwi seed extract, perilla extract, red perilla extract, perilla leaf, aronia extract, haskap Extract, cyanidin-3-glucoside, Urticaria extract, Acai extract, Camu Camu extract, Maron polyphenol, Soy isoflavone, Citrus fruit extract, Seaweed polyphenol, Pumice extract, Olive fruit extract, Sudachi pericarp extract, Lotus root extract, Turmeric extract, Echinacea ), lotus leaf extract (lotus leaf), citrus citrus, guava leaf extract, mulberry leaf extract, safflower extract, corn silk extract, salacia extract, chambo extract (plantain), hawthorn extract, chimpi extract, ginseng Extract, sweet tea extract, spruce extract, Hokudami extract, Yacon extract, Lafuma extract, green tea extract, etc. The number of polyphenols may be one, or two or more.

分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物は、好ましくは、23℃環境下で固体であって融点を有する。融点を有することで、焼成の過程で融解し、分子間での反応が良好に進行する。仮に融点を有さない場合、焼成の過程で融解しないので、分子の位置が固定され、分子間での反応が促進されにくく、炭素材料化しにくい。このような化合物を採用することにより、縮合反応を促進し得るとともに、分解反応を抑制し得る。 The compound having two or more phenolic OH groups in the molecule is preferably solid and has a melting point in an environment of 23°C. Because it has a melting point, it melts during the firing process, and reactions between molecules proceed smoothly. If it does not have a melting point, it will not melt during the firing process, so the position of the molecules will be fixed, and reactions between molecules will be difficult to promote, making it difficult to turn into a carbon material. By employing such a compound, the condensation reaction can be promoted and the decomposition reaction can be suppressed.

≪≪2.炭素材料≫≫
本発明の炭素材料は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法で製造し得る。好ましくは、≪≪1.炭素材料の製造方法≫≫において説明した製造方法によって製造し得る。
≪≪2. Carbon material≫≫
The carbon material of the present invention may be produced by any appropriate method as long as the effects of the present invention are not impaired. Preferably, <<<1. It can be manufactured by the manufacturing method explained in ≫≫ Manufacturing method of carbon material.

本発明の炭素材料は、元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が1.0atom%~8.0atom%であり、酸素原子の含有割合が0.1atom%~4atom%である。 In the carbon material of the present invention, the content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in elemental analysis is 1.0 atom% to 8.0 atom%, when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%. .0atom%, and the content of oxygen atoms is 0.1atom% to 4atom%.

本発明の炭素材料は、元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合の下限が、好ましくは1.2atom%以上であり、より好ましくは1.5atom%以上であり、水素原子の含有割合の上限が、好ましくは7.0atom%以下であり、より好ましくは5.0atom%以下である。 In the carbon material of the present invention, the content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in elemental analysis is preferably such that the lower limit of the content ratio of hydrogen atoms is 1 when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%. The upper limit of the hydrogen atom content is preferably 7.0 atom % or less, more preferably 5.0 atom % or less.

本発明の炭素材料は、元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、酸素原子の含有割合の下限が、好ましくは1.0atom%以上であり、より好ましくは1.2atom%以上であり、さらに好ましくは1.5atom%以上であり、酸素原子の含有割合の上限が、好ましくは3.5atom%以下であり、より好ましくは3.2atom%以下であり、さらに好ましくは2.5atom%以下である。 In the carbon material of the present invention, the content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in elemental analysis is preferably such that the lower limit of the content ratio of oxygen atoms is 1 when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%. .0 atom% or more, more preferably 1.2 atom% or more, still more preferably 1.5 atom% or more, and the upper limit of the oxygen atom content is preferably 3.5 atom% or less, more preferably is 3.2 atom% or less, more preferably 2.5 atom% or less.

本発明の炭素材料における、元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が上記範囲内にあれば、構造が精密に制御された炭素材料を提供することができる。また、提供される炭素材料の溶解性を向上させることができる。なお、炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合は、市販の元素分析装置を用いて、C、H、Oの元素分析を行い、得られた結果に基づき、求めることができる。このような分析装置としては、例えば、Exeter Analytical, Inc.社製の元素分析装置(CE-440F)などを採用し得る。 If the content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in the carbon material of the present invention in elemental analysis is within the above range, a carbon material whose structure is precisely controlled can be provided. Moreover, the solubility of the provided carbon material can be improved. Note that the content ratios of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms can be determined based on the results obtained by performing elemental analysis of C, H, and O using a commercially available elemental analyzer. As such an analyzer, for example, Exeter Analytical, Inc. An elemental analyzer (CE-440F), etc. manufactured by the company can be used.

本発明の炭素材料は、好ましくは、C-O-C結合とC-C結合を有する。ここにいう結合の炭素原子(C)は、好ましくは、芳香環の炭素原子である。 The carbon material of the present invention preferably has a C--O--C bond and a C--C bond. The carbon atom (C) of the bond here is preferably a carbon atom of an aromatic ring.

本発明の炭素材料が有するC-O-C結合は、好ましくは、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応により形成される。 The C-O-C bond that the carbon material of the present invention has preferably refers to two phenolic OH groups between the same molecule and/or between different molecules of a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule. Formed by a condensation reaction between groups.

本発明の炭素材料が有するC-C結合は、好ましくは、C-O-C結合からの脱酸素反応、芳香環に直接結合したH基とOH基との間の脱水反応、芳香環に直接結合したH基とH基との間の脱水素反応などによって形成される。 The C-C bond that the carbon material of the present invention has preferably includes a deoxygenation reaction from the C-O-C bond, a dehydration reaction between an H group and an OH group directly bonded to an aromatic ring, and a dehydration reaction directly to an aromatic ring. It is formed by a dehydrogenation reaction between bonded H groups.

本発明の炭素材料が有するC-O-C結合とC-C結合の割合は、C-O-C結合数1に対して、C-C結合数が、好ましくは0.1~2.0であり、より好ましくは0.1~1.2であり、さらに好ましくは0.1~0.6であり、特に好ましくは0.1~0.3である。本発明の炭素材料が有するC-O-C結合とC-C結合の割合が上記範囲内にあれば、構造が精密に制御された炭素材料を提供することができる。また、提供される炭素材料の溶解性を向上させることができる。このようなC-O-C結合とC-C結合の割合は、例えば、XPS分析などで評価することができる。 The ratio of C-O-C bonds and C-C bonds that the carbon material of the present invention has is such that the number of C-C bonds is preferably 0.1 to 2.0 to 1 C-O-C bond. It is more preferably 0.1 to 1.2, still more preferably 0.1 to 0.6, particularly preferably 0.1 to 0.3. If the ratio of C--O--C bonds and C--C bonds in the carbon material of the present invention is within the above range, it is possible to provide a carbon material whose structure is precisely controlled. Moreover, the solubility of the provided carbon material can be improved. The ratio of such C--O--C bonds and C--C bonds can be evaluated by, for example, XPS analysis.

本発明の炭素材料は、好ましくは、下記の(1)~(6)からなる群から選ばれる少なくとも1種の態様を有する。 The carbon material of the present invention preferably has at least one embodiment selected from the group consisting of (1) to (6) below.

(1)C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、好ましくは10%以上であり、より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは25%以上であり、上記割合の上限が、好ましくは35%以下である。炭素材料において、C1sXPS分析による、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合の合計量に対する、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、本発明の炭素材料は、従来知られている単純な炭素材料と異なり、溶解性等の様々な物性をもつ新規な炭素材料となり得る。 (1) All bonds by C1sXPS analysis, that is, C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and C-O bonds (C-O bonds derived from alcohol, C-O bonds derived from ether, and C-O bonds derived from epoxy) ) and C=O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) The ratio of all carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of C--O bonds and C=O bonds, to the amount is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and still more preferably 25% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 35% or less. In carbon materials, the total amount of C-O bonds and C=O bonds relative to the total amount of C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, C-O bonds, and C=O bonds, according to C1sXPS analysis. If the ratio is within the above range, the carbon material of the present invention can be a novel carbon material having various physical properties such as solubility, unlike conventionally known simple carbon materials.

(2)C1sXPS分析による、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、好ましくは50%以上であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは65%以上であり、特に好ましくは70%以上であり、最も好ましくは75%以上である。上記割合の上限は、好ましくは90%以下である。炭素材料において、C1sXPS分析による、C-O結合とC=O結合の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、本発明の炭素材料は、炭素材料部分の構造制御率を高め得るとともに、構造がより精密に制御され得る。すなわち、分解反応に由来するC=O結合の比率が少ないほど分解反応が抑制されており、このような炭素材料は、構造がより精密に制御された炭素材料であると言える。 (2) All carbon-oxygen bonds by C1sXPS analysis, that is, C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (Including C=O bonds derived from carbonyl, C=O bonds derived from carboxyl, C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from lactones, etc.) The ratio of the total amount of C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds) is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably It is 65% or more, particularly preferably 70% or more, and most preferably 75% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 90% or less. In the carbon material, if the ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C-O bonds and C=O bonds is within the above range according to C1sXPS analysis. , the carbon material of the present invention can increase the structural control rate of the carbon material portion, and the structure can be controlled more precisely. That is, the smaller the ratio of C═O bonds originating from the decomposition reaction, the more suppressed the decomposition reaction is, and it can be said that such a carbon material is a carbon material whose structure is more precisely controlled.

(3)C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、好ましくは15%以上であり、より好ましくは17%以上であり、さらに好ましくは20%以上である。上記割合の上限は、好ましくは30%以下である。炭素材料において、C1sXPS分析による、全結合の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、本発明の炭素材料は、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料であると言える。 (3) All bonds by C1sXPS analysis, that is, C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and C-O bonds (C-O bonds derived from alcohol, C-O bonds derived from ether, and C-O bonds derived from epoxy) ) and C=O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds) to the amount is preferably 15% or more. , more preferably 17% or more, still more preferably 20% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 30% or less. In carbon materials, the sum of ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds) relative to the total amount of all bonds by C1sXPS analysis If the amount ratio is within the above range, it can be said that the carbon material of the present invention is a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled.

(4)C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記(1)に記載の範囲内にあって、且つ、C1sXPS分析による、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記(2)に記載の範囲内にある態様である。このような態様であれば、本発明の炭素材料は、炭素材料部分の溶解性をより高め得るとともに、炭素材料部分の構造制御率をより高め得る。また、このような態様であれば、本発明の炭素材料は、構造がより一層精密に制御され得る。 (4) All bonds by C1sXPS analysis, that is, C-C bond, C=C bond, C-H bond, and C-O bond (C-O bond derived from alcohol, C-O bond derived from ether, C-O bond derived from epoxy ) and C=O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) The ratio of total carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of CO bonds and C═O bonds to the amount, is within the range described in (1) above, and the total carbon-oxygen bonds are determined by C1sXPS analysis, That is, C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, etc.) ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-C bonds, relative to the total amount of C=O bonds, C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from lactones, etc.) This is an embodiment in which the ratio of the total amount of -O bonds (ie, C-OH bonds) is within the range described in (2) above. In such an embodiment, the carbon material of the present invention can further improve the solubility of the carbon material portion, and can further increase the structural control rate of the carbon material portion. Further, in such an embodiment, the structure of the carbon material of the present invention can be controlled even more precisely.

(5)IR分析において、好ましくは、1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない。炭素材料含有材料のIR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない場合、炭素材料含有材料は、構造がより精密に制御され得る。炭素材料含有材料のIR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない場合に該炭素材料の構造がより精密に制御され得るという理由は、前述の通りである。 (5) In IR analysis, preferably no peak due to C=O stretching vibration is observed between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 . If a peak due to C═O stretching vibration is not observed between 1660 cm −1 and 1800 cm −1 in the IR analysis of the carbon material-containing material, the structure of the carbon material-containing material can be controlled more precisely. The reason why the structure of the carbon material can be controlled more precisely when no peak due to C=O stretching vibration is observed between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 in the IR analysis of the carbon material-containing material is as described above. It is as follows.

(6)本発明の炭素材料が溶媒に可溶である。 (6) The carbon material of the present invention is soluble in a solvent.

本発明の炭素材料は、C1sXPS分析により容易に炭素成分の存在が確認できる。また、本発明の炭素材料は、好ましくは、その構造内にベンゼン環由来のハニカム構造(グラフェン構造)を有する。グラフェン構造は、ラマン分光分析によってその有無の確認ができる(非特許文献4)。 The presence of carbon components in the carbon material of the present invention can be easily confirmed by C1sXPS analysis. Further, the carbon material of the present invention preferably has a honeycomb structure (graphene structure) derived from a benzene ring in its structure. The presence or absence of a graphene structure can be confirmed by Raman spectroscopy (Non-Patent Document 4).

本発明の炭素材料は、不純物となる金属成分の含有量が合計で、通常、炭素原子100原子%に対し、好ましくは0.1原子%以下であり、より好ましくは0.01原子%以下であり、特に好ましくは実質的にゼロである。これらは、本発明の炭素材料を蛍光X線元素分析法(XRF)により分析することによって確認することができる。 In the carbon material of the present invention, the total content of metal components serving as impurities is usually preferably 0.1 atomic % or less, more preferably 0.01 atomic % or less, based on 100 atomic % of carbon atoms. Yes, particularly preferably substantially zero. These can be confirmed by analyzing the carbon material of the present invention by X-ray fluorescence elemental analysis (XRF).

本発明の炭素材料は、その構成する元素として、炭素を必須とし、炭素以外の元素を含んでいてもよい。このような炭素以外の元素としては、好ましくは、酸素、水素、窒素、硫黄、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれる少なくとも1種の元素であり、より好ましくは、酸素、水素、窒素、硫黄から選ばれる少なくとも1種の元素であり、さらに好ましくは、酸素、水素、窒素から選ばれる少なくとも1種の元素であり、特に好ましくは、酸素、水素から選ばれる少なくとも1種の元素である。本発明の炭素材料を構成する元素のうち水素以外の元素の総量を100原子%としたとき、炭素は、好ましくは60原子%以上であり、より好ましくは70原子%以上であり、さらに好ましくは75原子%以上である。また、炭素以外の元素は、好ましくは10原子%以上である。各元素の割合がこの範囲に入ることで、炭素材料でありながら良好な溶解性を発現することが可能となる。これらは、炭素材料をX線光電子分光法(C1sXPS)により定量することによって確認することができる。 The carbon material of the present invention includes carbon as an essential constituent element, and may contain elements other than carbon. Such elements other than carbon are preferably at least one element selected from oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, fluorine, chlorine, bromine, and iodine, and more preferably oxygen, hydrogen, nitrogen, and sulfur. More preferably, it is at least one element selected from oxygen, hydrogen, and nitrogen, and particularly preferably at least one element selected from oxygen and hydrogen. When the total amount of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material of the present invention is 100 atom%, carbon preferably accounts for 60 atom% or more, more preferably 70 atom% or more, and still more preferably It is 75 atomic % or more. Further, the content of elements other than carbon is preferably 10 atomic % or more. When the ratio of each element falls within this range, it becomes possible to exhibit good solubility even though it is a carbon material. These can be confirmed by quantifying the carbon material using X-ray photoelectron spectroscopy (C1sXPS).

本発明の炭素材料は、好ましくは、溶媒に可溶である。 The carbon material of the present invention is preferably soluble in a solvent.

ここで、本発明の炭素材料が溶媒に可溶である場合とは、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性に優れ、良好な取り扱い性を実現し得る場合である。 Here, the case where the carbon material of the present invention is soluble in a solvent is the case where it has better solubility in a solvent than conventional carbon materials and can realize good handling properties.

本発明の炭素材料が溶媒に可溶という態様としては、好ましくは、下記の実施態様を採りうる。
(実施態様1)炭素材料の全てが溶媒に溶解する実施態様。すなわち、炭素材料が、溶媒に溶解する成分(成分A)のみからなる実施態様。
(実施態様2)炭素材料の一部が溶媒に溶解する態様。すなわち、炭素材料が、溶媒に溶解する成分(成分A)と溶媒に溶解しない成分(成分B)からなる実施態様。
As an embodiment in which the carbon material of the present invention is soluble in a solvent, the following embodiments can be preferably adopted.
(Embodiment 1) An embodiment in which all of the carbon material is dissolved in the solvent. That is, an embodiment in which the carbon material consists only of a component (component A) that dissolves in a solvent.
(Embodiment 2) An embodiment in which a part of the carbon material is dissolved in a solvent. That is, an embodiment in which the carbon material consists of a component that dissolves in a solvent (component A) and a component that does not dissolve in a solvent (component B).

本発明において「溶媒に可溶」とは、任意の溶媒に溶解する成分がある態様を意味し、該溶媒としては、好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタン等が挙げられる。すなわち、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様が好ましい。より好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、クロロホルムからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様であり、さらに好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様であり、特に好ましくは、N-メチルピロリドンに溶解する成分がある態様である。 In the present invention, "soluble in a solvent" means an embodiment in which a component is soluble in any solvent, and the solvent preferably includes N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N- Examples include methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, dichloromethane and the like. Namely, the group consisting of N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, dichloromethane. Preferably, there is a component soluble in at least one solvent selected from the following. More preferred is an embodiment in which there is a component soluble in at least one solvent selected from the group consisting of N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and chloroform. is an embodiment in which there is a component soluble in at least one solvent selected from the group consisting of N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone, and particularly preferably an embodiment in which there is a component soluble in N-methylpyrrolidone. be.

本発明の炭素材料が溶媒に可溶である一つの実施形態は、例えば、本発明の炭素材料が、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む実施形態である。 One embodiment in which the carbon material of the present invention is soluble in a solvent is, for example, an embodiment in which the carbon material of the present invention contains a carbon-based compound that is soluble in a solvent.

溶媒に可溶であるか否かの判定方法としては、例えば、炭素材料を上記溶媒に対して0.001質量%となるように混合したのち、超音波処理を1時間行い、得られた液をPTFE製濾紙(孔径0.45μm)に通したとき、濾紙を通過した液に炭素系化合物が含まれるか否かで判定することができる。濾紙を通過した液に炭素系化合物が含まれる場合、本発明の炭素材料が溶媒に可溶である炭素系化合物を含むと判定される。上記PTFE製濾紙としては、例えば、ジーエルサイエンス株式会社製のGLクロマトディスク(型式13P)を用いることができる。 As a method for determining whether or not it is soluble in a solvent, for example, the carbon material is mixed at a concentration of 0.001% by mass with respect to the above solvent, and then subjected to ultrasonic treatment for 1 hour. When the liquid is passed through a PTFE filter paper (pore size: 0.45 μm), the determination can be made by whether or not the liquid that has passed through the filter paper contains carbon-based compounds. If the liquid that has passed through the filter paper contains a carbon-based compound, it is determined that the carbon material of the present invention contains a carbon-based compound that is soluble in the solvent. As the PTFE filter paper, for example, GL Chromato Disc (Model 13P) manufactured by GL Sciences, Inc. can be used.

本発明の炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、本発明の炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを有することは、本発明の炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有していることを意味している。Gバンドは、強度が高く、シャープであれば、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。 The carbon material of the present invention preferably exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (i) Raman spectroscopy. Therefore, the fact that the carbon material of the present invention has a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material of the present invention has a graphene structure. Or it means that it has a structure similar to graphene structure. If the G band has high intensity and is sharp, it can be said that the G band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure.

本発明の炭素材料は、好ましくは、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。グラフェン構造の欠陥に由来する構造を有する炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、本発明の炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおけるDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを有することは、本発明の炭素材料が官能基を含むことや、グラフェン構造の欠陥に由来する構造またはグラフェン構造の欠陥に由来する構造に類似の構造を有していることを意味している。Dバンドは、強度が低ければ、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。また、Dバンドが確認できるということは、本発明の炭素材料が官能基を有することを意味しており、これにより、溶媒に対する溶解性を高め得る。 The carbon material of the present invention preferably exhibits a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by (ii) Raman spectrometry. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure exhibits a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. Therefore, the fact that the carbon material of the present invention has a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material of the present invention has a functional group. This means that it contains a structure derived from a defect in the graphene structure or a structure similar to a structure derived from a defect in the graphene structure. If the intensity of the D band is low, it can be said that the D band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure. Furthermore, the fact that the D band can be confirmed means that the carbon material of the present invention has a functional group, which can improve its solubility in a solvent.

本発明の炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material of the present invention preferably exhibits (i) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. A Raman spectrum obtained by spectroscopic analysis shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ).

本発明の炭素材料は、好ましくは、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、本発明の炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを有することは、本発明の炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有していることを意味している。G′バンドの強度は、グラフェン構造が1層のときに最も強く、グラフェン構造の積層数が増えるにつれて徐々に小さくなる。しかしながら、G′バンドは、グラフェン構造の積層数が増えるにつれて徐々に強度が小さくなっても、ピークは観察することができる。したがって、G′バンドにピークを有することは、本発明の炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。G′バンドは、2Dバンドとも呼ばれることがある。 The carbon material of the present invention preferably exhibits a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by (iii) Raman spectroscopy. Therefore, the carbon material of the present invention has a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. structure or a structure similar to that of graphene. The intensity of the G' band is strongest when the graphene structure has one layer, and gradually decreases as the number of stacked graphene structures increases. However, even though the intensity of the G' band gradually decreases as the number of stacked graphene structures increases, the peak can be observed. Therefore, having a peak in the G' band means that the carbon material of the present invention has a graphene structure or a structure similar to a graphene structure. The G' band is also sometimes called the 2D band.

本発明の炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material of the present invention preferably (i) exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) Raman The Raman spectrum obtained by spectroscopic analysis shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ), and (iii) the Raman spectrum obtained by Raman spectrometry shows a peak in the G' band (generally shows a peak within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ).

本発明の炭素材料は、好ましくは、(iv)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。グラフェン構造の欠陥に由来する構造を有する炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて、D+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、本発明の炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを有することは、本発明の炭素材料が官能基を含むことや、グラフェン構造の欠陥に由来する構造またはグラフェン構造の欠陥に由来する構造に類似の構造を有していることを意味している。D+D′バンドは、強度が低ければ、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。D+D′バンドは、D+Gバンドとも呼ばれることがある。また、D+D′バンドが確認できるということもまた、本発明の炭素材料が官能基を有することを意味しており、これにより、溶媒に対する溶解性を高め得る。 The carbon material of the present invention preferably exhibits a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (iv) Raman spectroscopy. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure exhibits a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. Therefore, the carbon material of the present invention has a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. It means that it contains a group or has a structure derived from a defect in the graphene structure or a structure similar to a structure derived from a defect in the graphene structure. If the intensity of the D+D' band is low, it can be said that the band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure. The D+D' band is also sometimes called the D+G band. Furthermore, the fact that the D+D' band can be confirmed also means that the carbon material of the present invention has a functional group, which can improve its solubility in a solvent.

本発明の炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iv)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material of the present invention preferably (i) exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) Raman The Raman spectrum obtained by spectroscopic analysis shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ), and (iii) the Raman spectrum obtained by Raman spectrometry shows a peak in the G' band (generally (iv) a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. Indicates peak.

本発明の炭素材料は、好ましくは、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。 The carbon material of the present invention preferably contains a carbon-based compound that is soluble in a solvent.

一つの実施形態として、本発明の炭素材料は、例えば、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。 As one embodiment, the carbon material of the present invention exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (i) Raman spectroscopy, and further , (ii) exhibits a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and further contains a carbon-based compound that is soluble in a solvent.

本発明の炭素材料において、官能基を含むことと共に、グラフェン構造の一部に欠陥を有している場合、この欠陥が、本発明の炭素材料の溶媒への溶解性の発現に寄与し得る。 When the carbon material of the present invention contains a functional group and also has defects in a part of the graphene structure, these defects may contribute to the solubility of the carbon material of the present invention in a solvent.

本発明の炭素材料は、上記のように、従来公知の炭素材料とは異なり、グラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有し、溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。 As mentioned above, unlike conventionally known carbon materials, the carbon material of the present invention has a graphene structure or a structure similar to a graphene structure, and has better solubility in a solvent (for example, carbon (The material has more components and can be dissolved in more types of solvents.)

本発明の炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量は、好ましくは1000~1300000であり、より好ましくは5000~1000000であり、さらに好ましくは10000~700000であり、特に好ましくは15000~500000であり、最も好ましくは20000~300000である。本発明の炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が上記範囲内にあれば、上記(i)の特徴と相まって、本発明の炭素材料の溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が1300000を超えると、炭素材料の溶媒への溶解性が悪くなるおそれがある。炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が1000未満であると、炭素材料としての特徴が薄れるおそれがある。これらの分子量は、後述する手法により分析できる。 The molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material of the present invention is preferably 1,000 to 1,300,000, more preferably 5,000 to 1,000,000, still more preferably 10,000 to 700,000, particularly preferably 15,000 to 500,000, The most preferred range is 20,000 to 300,000. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material of the present invention is within the above range, in combination with the feature (i) above, the carbon material of the present invention has better solubility in a solvent (for example, (This increases the number of carbon material components that can be dissolved, and increases the number of types of solvents that can be dissolved.) If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material exceeds 1,300,000, the solubility of the carbon material in a solvent may deteriorate. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material is less than 1000, the characteristics as a carbon material may be weakened. These molecular weights can be analyzed by the method described below.

本発明の炭素材料中の炭素系化合物の含有割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは70質量%~100質量%であり、さらに好ましくは90質量%~100質量%であり、特に好ましくは95質量%~100質量%であり、最も好ましくは実質的に100質量%である。本発明の炭素材料中の炭素系化合物の含有割合が上記範囲内にあれば、上記(i)、(ii)の特徴と相まって、本発明の炭素材料の溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。 The content of the carbon-based compound in the carbon material of the present invention is preferably 50% to 100% by mass, more preferably 70% to 100% by mass, and even more preferably 90% to 100% by mass. It is particularly preferably 95% by weight to 100% by weight, most preferably substantially 100% by weight. If the content ratio of the carbon-based compound in the carbon material of the present invention is within the above range, in combination with the features (i) and (ii) above, the carbon material of the present invention has better solubility in a solvent (e.g. , the number of carbon material components that can be dissolved in a solvent increases, and the types of solvents that can be dissolved increase.)

本発明の炭素材料は、好ましくは、XRD分析によって得られるXRDスペクトルチャートにおいて、20°~30°の範囲内にピークを示す。すなわち本発明の炭素材料は、グラフェン構造が積層した構造(グラフェン積層構造)を有することも、好ましい実施形態の一つである。積層構造を有することで、本発明の炭素材料はより強固になり得るとともに、より安定なものとなり得る。 The carbon material of the present invention preferably shows a peak within the range of 20° to 30° in an XRD spectrum chart obtained by XRD analysis. That is, one of the preferred embodiments is that the carbon material of the present invention has a structure in which graphene structures are stacked (graphene stacked structure). By having a laminated structure, the carbon material of the present invention can be made stronger and more stable.

本発明の炭素材料のさらに好ましい形態は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて上述した形態(i)~(iv)のいずれの形態、あるいは組合せた形態;(i)および(ii)、(i)、(ii)および(iii)、(i)、(ii)、(iii)および(iv)を有し、且つ、XRD分析によって得られるXRDスペクトルチャートにおいて、20°~30°の範囲内にピークを示す形態である。 A more preferable form of the carbon material of the present invention is any of the forms (i) to (iv) described above in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, or a combination of forms; (i) and (ii), (i) ), (ii) and (iii), (i), (ii), (iii) and (iv), and within the range of 20° to 30° in the XRD spectrum chart obtained by XRD analysis. This is a form that shows a peak.

≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法≫≫
本発明の炭素材料含有材料の製造方法は、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)を含み、該加熱工程(I)における加熱温度は、該化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、該化合物(A)が分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物であり、該加熱工程(I)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。
≪≪3. Manufacturing method of carbon material-containing material≫≫
The method for producing a carbon material-containing material of the present invention includes a heating step (I) of heating a composition containing an inorganic substance and a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or different molecules when heated; The heating temperature in the heating step (I) is at least (T-150)°C when the condensation reaction temperature of the compound (A) is T°C, and the compound (A) has two or more molecules in the molecule. It is a compound having a phenolic OH group, and the heating step (I) includes a condensation reaction between two of the phenolic OH groups of the compound (A) between the same molecules and/or between different molecules.

加熱工程(I)においては、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する。化合物(A)と無機物との配合割合は、無機物100質量%に対して、化合物(A)が、好ましくは0.01質量%~1000000質量%であり、より好ましくは0.1質量%~100000質量%であり、特に好ましくは1質量%~1000質量%である。化合物(A)と無機物との配合割合が上記範囲内にあれば、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料をより温和な条件でより簡便に製造し得る。これらの無機物と化合物(A)の配合割合は、目的とする複合体の物性に応じて、任意に調整することができる。例えば、無機物と化合物(A)の配合割合を調整することにより、得られる炭素材料含有材料の物性、形態(例えば、溶媒への溶解性や、炭素成分または無機成分の形状(粒子状や非粒子状)、炭素成分または無機成分のサイズなど)を制御することができる。 In the heating step (I), a composition containing an inorganic substance and a compound (A) that causes a condensation reaction between the same molecules and/or between different molecules upon heating is heated. The blending ratio of compound (A) and inorganic substance is preferably 0.01% by mass to 1,000,000% by mass, more preferably 0.1% by mass to 100,000% by mass, relative to 100% by mass of inorganic matter. It is % by mass, particularly preferably 1% by mass to 1000% by mass. If the blending ratio of the compound (A) and the inorganic substance is within the above range, a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled can be manufactured more easily under milder conditions. The blending ratio of these inorganic substances and compound (A) can be arbitrarily adjusted depending on the physical properties of the intended composite. For example, by adjusting the blending ratio of the inorganic substance and the compound (A), the physical properties and form of the resulting carbon material-containing material (for example, solubility in a solvent, the shape of the carbon component or inorganic component (particulate or non-particulate), (such as the size of the carbon component or inorganic component).

加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物中には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、例えば、溶媒、触媒、母材、担体などが挙げられる。 The composition containing the compound (A), which undergoes a condensation reaction between the same molecules and/or different molecules upon heating, and an inorganic substance may not contain any other appropriate components as long as the effects of the present invention are not impaired. You can leave it there. Examples of such other components include a solvent, a catalyst, a base material, a carrier, and the like.

加熱工程(I)で加熱する組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法で調製すればよい。このような方法としては、例えば、化合物(A)と無機物とを、任意の適切な方法(例えば、破砕、粉砕など)で固体状態のまま混合する方法が挙げられる。また、化合物(A)と無機物と溶剤と、必要に応じて溶剤以外の他の成分とを、任意の適切な方法(例えば、超音波処理など)で混合し、任意の適切な方法(例えば、真空乾燥)によって溶剤を除去する方法などが挙げられる。また、必要に応じて、解砕を行ってもよい。 The composition to be heated in the heating step (I) may be prepared by any appropriate method as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such a method include a method of mixing compound (A) and an inorganic substance in a solid state by any appropriate method (eg, crushing, pulverization, etc.). Alternatively, the compound (A), the inorganic substance, the solvent, and, if necessary, other components other than the solvent may be mixed by any appropriate method (for example, ultrasonication, etc.), Examples include a method of removing the solvent by vacuum drying). Further, crushing may be performed as necessary.

加熱工程(I)における加熱温度は、化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、好ましくは(T-150~T+50)℃であり、より好ましくは(T-130~T+45)℃であり、さらに好ましくは(T-100~T+40)℃であり、特に好ましくは(T-80~T+35)℃であり、最も好ましくは(T-50~T+30)℃である。本発明の炭素材料含有材料の製造方法においては、無機物の触媒能や、無機物上の官能基と炭素材料の反応性が高いことから、上記のように化合物(A)の縮合反応温度と比べて比較的低温から反応が進行して炭素化が進み得る。加熱温度を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料をより温和な条件でより簡便に製造し得る。 The heating temperature in the heating step (I) is (T-150)°C or higher, preferably (T-150 to T+50)°C, when the condensation reaction temperature of compound (A) is T°C, and more preferably Preferably (T-130 to T+45)°C, more preferably (T-100 to T+40)°C, particularly preferably (T-80 to T+35)°C, most preferably (T-50 to T+30) )℃. In the method for producing a carbon material-containing material of the present invention, since the catalytic ability of the inorganic material and the reactivity of the functional group on the inorganic material and the carbon material are high, the temperature is lower than the condensation reaction temperature of the compound (A) as described above. The reaction can proceed from a relatively low temperature and carbonization can proceed. By adjusting the heating temperature within the above range, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled can be manufactured more easily under milder conditions.

化合物(A)の縮合反応温度は、TG-DTA分析によって決定できる。具体的には、下記の通りである。
(1)化合物(A)として1種の化合物を用いる場合には、化合物(A)のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(2)化合物(A)として2種以上の化合物の混合物を用いる場合には、該混合物のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)(2種以上の化合物の混合物)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(3)ただし、1種の化合物や2種以上の化合物の混合物としての化合物(A)に、例えば、溶媒や水分や水和水等の不純物が含まれている場合は、該不純物の脱離に伴うDTAピーク(不純物ピークと称することもある)が縮合反応温度よりも低温で観測されることがある。このような場合には、上記の不純物ピークは無視して、その化合物(A)の縮合反応温度を決定する。通常は、上記の不純物ピークは無視した上で、DTAの最も低温側のピークトップ温度を、その化合物(A)の縮合反応温度と決定する。
The condensation reaction temperature of compound (A) can be determined by TG-DTA analysis. Specifically, it is as follows.
(1) When one type of compound is used as compound (A), TG-DTA analysis of compound (A) is performed by heating the compound (A) from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere, The peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A).
(2) When using a mixture of two or more compounds as compound (A), perform TG-DTA analysis of the mixture by increasing the temperature from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere. , the peak top temperature at the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A) (a mixture of two or more compounds).
(3) However, if compound (A) as one type of compound or a mixture of two or more types of compounds contains impurities such as a solvent, water, or water of hydration, the impurities can be removed. A DTA peak (sometimes referred to as an impurity peak) accompanying the condensation reaction may be observed at a temperature lower than the condensation reaction temperature. In such a case, the above impurity peak is ignored and the condensation reaction temperature of the compound (A) is determined. Usually, the peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature of the compound (A), ignoring the impurity peaks mentioned above.

加熱工程(I)における加熱温度は、具体的な加熱温度として、好ましくは200℃~500℃であり、より好ましくは220℃~400℃であり、さらに好ましくは230℃~350℃であり、最も好ましくは250℃~300℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料をより温和な条件でより簡便に製造し得る。特に、加熱工程(I)における加熱温度がこのように低いため、炭素材料含有材料をより温和な条件で工業的に製造可能である。 The specific heating temperature in the heating step (I) is preferably 200°C to 500°C, more preferably 220°C to 400°C, still more preferably 230°C to 350°C, and most preferably Preferably it is 250°C to 300°C. By adjusting the heating temperature within the above range, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled can be manufactured more easily under milder conditions. In particular, since the heating temperature in the heating step (I) is so low, the carbon material-containing material can be industrially manufactured under milder conditions.

加熱工程(I)における加熱時間は、具体的な加熱時間として、好ましくは0.1時間~120時間であり、より好ましくは0.5時間~100時間であり、さらに好ましくは1時間~50時間であり、最も好ましくは2時間~24時間である。加熱時間を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料をより温和な条件でより簡便に製造し得る。 The specific heating time in the heating step (I) is preferably 0.1 to 120 hours, more preferably 0.5 to 100 hours, and even more preferably 1 to 50 hours. and most preferably from 2 hours to 24 hours. By adjusting the heating time within the above range, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled can be produced more easily under milder conditions.

≪3-1.化合物(A)≫
化合物(A)は、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる。そして、化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、化合物(A)は炭素材料となり得る。
≪3-1. Compound (A)≫
When compound (A) is heated, a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules. Then, through the heating step (I) of heating the composition containing the compound (A) and the inorganic substance, the compound (A) can be turned into a carbon material.

化合物(A)は、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物である。分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 Compound (A) is a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule. The number of compounds having two or more phenolic OH groups in the molecule may be one, or two or more.

本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、化合物(A)として、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物を採用することにより、加熱工程(I)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む。なお、加熱工程(I)においては、上記の同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、同一分子間および/または異種分子間における、任意の適切な他の2つの基の間の縮合反応を含んでいてもよい。 In the method for producing a carbon material-containing material of the present invention, by employing a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule as the compound (A), the heating step (I) It involves a condensation reaction between the two phenolic OH groups between the same molecules and/or between different molecules. In addition, in the heating step (I), in addition to the above-mentioned condensation reaction between the same molecules and/or between the two phenolic OH groups between the same molecules and/or different molecules, reactions between the same molecules and between the same molecules and/or between different types of molecules are carried out within the range that does not impair the effects of the present invention. It may also include a condensation reaction between any other suitable two groups between different molecules.

分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応により、好ましくは、少なくともC-O-C結合によって2つの芳香環が結合した構造が形成される。さらに、上記の縮合反応、および該縮合反応に続いたり併行して起こったりする他の反応により、2つ以上の芳香環同士の間に新たな結合(例えば、C-C結合など)が形成したり、高分子量化が進行したりし得る。 A condensation reaction between two phenolic OH groups of a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule, between the same molecules and/or between different molecules, preferably by at least a C-O-C bond. A structure in which two aromatic rings are bonded is formed. Furthermore, new bonds (for example, C--C bonds, etc.) are formed between two or more aromatic rings by the above condensation reaction and other reactions that occur following or in parallel with the condensation reaction. or polymerization may proceed.

なお、上記C-C結合の形成は、例えば、C-O-C結合からの脱酸素反応、芳香環に直接結合したH基とOH基との間の脱水反応、芳香環に直接結合したH基とH基との間の脱水素反応などによって起こり得る。 Note that the formation of the above C--C bond is, for example, a deoxygenation reaction from a C--O--C bond, a dehydration reaction between an H group directly bonded to an aromatic ring and an OH group, a H group directly bonded to an aromatic ring, etc. This can occur due to a dehydrogenation reaction between the group and the H group.

また、化合物(A)の選択や、加熱工程(I)における各種条件の選択によって、2つ以上の芳香環同士の間での縮環反応も起こり得る。 Further, depending on the selection of the compound (A) and the selection of various conditions in the heating step (I), a ring condensation reaction between two or more aromatic rings may also occur.

化合物(A)については、≪1-1.化合物(A)≫における説明を援用し得る。 Regarding compound (A), <<1-1. The explanation in Compound (A)>> can be referred to.

≪3-2.無機物≫
無機物は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な無機物を採用し得る。このような無機物としては、例えば、粒子状の無機物(無機物粒子)、非粒子状の無機物(例えば、繊維状の無機物、薄膜状の無機物など)などを採用し得る。無機物としては、粒子状の無機物(無機物粒子)が好ましい。
≪3-2. Inorganic substances≫
Any suitable inorganic material may be used as the inorganic material as long as the effects of the present invention are not impaired. As such an inorganic substance, for example, a particulate inorganic substance (inorganic particle), a non-particulate inorganic substance (for example, a fibrous inorganic substance, a thin film inorganic substance, etc.) can be employed. As the inorganic substance, particulate inorganic substances (inorganic particles) are preferable.

無機物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The number of inorganic substances may be one type or two or more types.

無機物としては、好ましくは、無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物、無機炭化物、不溶性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 The inorganic substance is preferably at least one selected from the group consisting of inorganic oxides, inorganic nitrides, inorganic sulfides, inorganic carbides, and insoluble salts.

本発明にいう「無機酸化物」の例としては、その一部が酸化された金属、好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化された金属も含まれる。後述するように、金属は、一般に、その一部、好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化されているからである。このような金属としては、好ましくは、酸化されやすい金属であり、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、アルミニウム(Al)、錫(Sn)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、ケイ素(シリコン、Si)などが挙げられ、より好ましくは、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ケイ素(シリコン、Si)である。すなわち、このような金属は、酸化されやすく、その一部、好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化されており、本発明にいう「無機酸化物」に含まれる。 Examples of the "inorganic oxide" referred to in the present invention include metals whose surfaces are partially oxidized, preferably metals whose surfaces are at least partially oxidized. This is because, as will be described later, a portion of the metal, preferably at least a portion of its surface, is generally oxidized. Such metals are preferably metals that are easily oxidized, such as magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium. (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), indium (In), gallium (Ga), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), tin (Sn), lanthanum (La), yttrium (Y), cerium (Ce), silicon (Si), etc., and more preferably copper (Cu), aluminum (Al), and silicon (Si). That is, such a metal is easily oxidized, and a portion thereof, preferably at least a portion of its surface, is oxidized, and is included in the "inorganic oxide" referred to in the present invention.

本発明にいう「無機酸化物」としては、具体的には、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ポリ酸、その一部が酸化された金属(好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化された金属)、複合酸化物、固溶体酸化物などが挙げられる。すなわち、本発明にいう「無機酸化物」としては、構成する金属元素が1種からなる酸化物であってもよいし、構成する金属元素が2種以上の複合酸化物であってもよいし、構成する金属元素が1種からなる酸化物(単一金属酸化物ともいう)または複合酸化物にさらに異種元素が固溶した、いわゆる、固溶体酸化物であってもよい。なお、固溶体酸化物における異種元素としては、金属元素であってもよいし、酸素以外の、窒素やフッ素等の非金属元素であってもよい。 Specifically, the "inorganic oxide" referred to in the present invention includes, for example, silica, alumina, titania, polyacid, and metals whose surfaces are partially oxidized (preferably, whose surfaces are at least partially oxidized. Examples include metals), composite oxides, and solid solution oxides. That is, the "inorganic oxide" referred to in the present invention may be an oxide consisting of one kind of metal element, or a composite oxide of two or more kinds of metal elements. The oxide may be a so-called solid solution oxide in which a different element is dissolved in an oxide (also referred to as a single metal oxide) or a composite oxide consisting of one type of metal element. Note that the different element in the solid solution oxide may be a metallic element or a nonmetallic element other than oxygen, such as nitrogen or fluorine.

無機酸化物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。なお、2種以上の無機酸化物が採用される例としては、例えば、2種以上の無機酸化物が単に併用(混合など)されている場合や、2種以上の無機酸化物が結着している場合などが挙げられる。 The number of inorganic oxides may be one, or two or more. Examples of cases in which two or more types of inorganic oxides are employed include cases in which two or more types of inorganic oxides are simply used together (mixed, etc.), or cases in which two or more types of inorganic oxides are combined. For example, when

上記の「構成する金属元素が1種からなる酸化物」としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ケイ素などが挙げられ、好ましくは、酸化マグネシウム、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ケイ素(シリカ)である。 Examples of the above-mentioned "oxides consisting of one metal element" include magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, Chromium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, manganese oxide, indium oxide, gallium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, zinc oxide, cadmium oxide, aluminum oxide, tin oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide , silicon oxide, etc., and preferred are magnesium oxide, titanium oxide (titania), aluminum oxide (alumina), and silicon oxide (silica).

上記の「構成する金属元素が2種以上の複合酸化物」としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な複合酸化物を採用し得る。このような複合酸化物としては、代表的には、2種以上の金属を含む酸化物であり、例えば、ペロブスカイト構造の複酸化物、スピネル構造の複酸化物などが挙げられる。 As the above-mentioned "composite oxide consisting of two or more types of metal elements", any suitable composite oxide may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Such a complex oxide is typically an oxide containing two or more metals, such as a perovskite-structured complex oxide, a spinel-structured complex oxide, and the like.

ペロブスカイト構造の複酸化物としては、代表的には、ABO(A、Bは異なる元素を表す)で表される酸化物であり、例えば、灰チタン石(ペロブスカイト、CaTiO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O)、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)などが挙げられる。 The perovskite structure double oxide is typically an oxide represented by ABO 3 (A and B represent different elements), such as perovskite (CaTiO 3 ), barium titanate, etc. (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb(Zr,Ti)O 3 ), barium zirconate (BaZrO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), and the like.

スピネル構造の複酸化物としては、例えば、スピネル(MgAl)、チタン酸リチウム(LiTi)、クリソベリル(BeAl)などが挙げられる。 Examples of the spinel-structured double oxide include spinel (MgAl 2 O 4 ), lithium titanate (LiTi 2 O 4 ), and chrysoberyl (BeAl 2 O 4 ).

上記の「固溶体酸化物」としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な固溶体酸化物を採用し得る。このような固溶体酸化物としては、代表的には、単一金属酸化物または複合酸化物に異種金属元素および/または酸素以外の非金属元素、たとえば窒素、フッ素が固溶したものである。 As the above-mentioned "solid solution oxide", any suitable solid solution oxide may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Such a solid solution oxide is typically a single metal oxide or a composite oxide in which a different metal element and/or a nonmetallic element other than oxygen, such as nitrogen or fluorine, is dissolved in solid solution.

本発明にいう「無機酸化物」は、その形状を問わず(すなわち、例えば、無機酸化物粒子であっても、非粒子状の無機酸化物であっても)、全体が無機酸化物である実施形態であってもよいし、一部が無機酸化物である実施形態であってもよい。一部が無機酸化物である実施形態としては、好ましくは、表面に無機酸化物を有する実施形態である。 The "inorganic oxide" referred to in the present invention is an inorganic oxide as a whole, regardless of its shape (i.e., for example, whether it is an inorganic oxide particle or a non-particulate inorganic oxide). It may be an embodiment, or it may be an embodiment in which a part is an inorganic oxide. The embodiment in which a portion is an inorganic oxide is preferably an embodiment in which the surface has an inorganic oxide.

一部が無機酸化物である実施形態(好ましくは、表面に無機酸化物を有する実施形態)としては、その形状を問わず、例えば、その一部が酸化された金属(好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化された金属)が挙げられる。金属は、酸素の存在下によってその一部(好ましくは、その表面の少なくとも一部)が酸化され得る。したがって、本発明でいう無機酸化物の一形態である「表面に無機酸化物を有する実施形態」には、その形状を問わず、その表面の少なくとも一部が酸化された金属が含まれる。 An embodiment in which a part is an inorganic oxide (preferably an embodiment having an inorganic oxide on the surface) may be any shape, for example, a metal in which a part of the part is oxidized (preferably an embodiment having an inorganic oxide on the surface). metals that are at least partially oxidized. A portion of the metal (preferably at least a portion of its surface) can be oxidized in the presence of oxygen. Therefore, the "embodiment having an inorganic oxide on the surface" which is one form of the inorganic oxide in the present invention includes a metal whose surface is at least partially oxidized, regardless of its shape.

無機酸化物として無機酸化物粒子を用いる場合、化合物(A)と無機酸化物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、代表的には、無機酸化物粒子を多数含む塊状の炭素材料含有材料が得られ得る(この場合、解砕などによって粒子状の炭素材料含有材料を得ることができ得る)。しかしながら、化合物(A)と無機酸化物の配合割合を調整することにより、化合物(A)と無機酸化物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、粒子状の炭素材料含有材料が得られる場合もある。 When inorganic oxide particles are used as the inorganic oxide, the heating step (I) of heating a composition containing the compound (A) and the inorganic oxide typically produces a lumpy carbon material containing a large number of inorganic oxide particles. A containing material may be obtained (in this case, a particulate carbon material-containing material may be obtained by crushing or the like). However, by adjusting the blending ratio of the compound (A) and the inorganic oxide, a particulate carbon material-containing material can be obtained by the heating step (I) of heating a composition containing the compound (A) and the inorganic oxide. In some cases,

無機酸化物として繊維状の無機酸化物を用いる場合は、例えば、後述するコアシェル粒子の代わりに繊維状のコアシェル繊維が得られ得る。また、繊維状の無機酸化物を用いる場合は、例えば、後述する中空炭素微粒子の代わりにチューブ状の中空炭素材料が得られ得る。 When a fibrous inorganic oxide is used as the inorganic oxide, for example, fibrous core-shell fibers can be obtained instead of the core-shell particles described below. Moreover, when using a fibrous inorganic oxide, for example, a tube-shaped hollow carbon material can be obtained instead of the hollow carbon fine particles described below.

無機酸化物として薄膜状の無機酸化物を用いる場合は、化合物(A)と無機酸化物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、例えば、積層状の炭素材料含有材料が得られ得る。また、このような積層状の炭素材料含有材料に対して、さらに、後述する加熱工程(II)や炭素材料除去工程や無機酸化物除去工程などを施すことにより、例えば、薄膜状の各種炭素材料が得られ得る。 When using a thin film-like inorganic oxide as the inorganic oxide, a laminated carbon material-containing material can be obtained, for example, by the heating step (I) of heating the composition containing the compound (A) and the inorganic oxide. . Further, by further performing a heating process (II), a carbon material removal process, an inorganic oxide removal process, etc. to be described later on such a laminated carbon material-containing material, for example, various carbon materials in a thin film form can be formed. can be obtained.

無機酸化物の分解温度は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは800℃以上であり、より好ましくは850℃以上であり、さらに好ましくは900℃以上であり、特に好ましくは950℃以上である。 The decomposition temperature of the inorganic oxide is preferably 800° C. or higher, more preferably 850° C. or higher, still more preferably 900° C. or higher, and particularly preferably 950° C. or higher, in order to better express the effects of the present invention. ℃ or higher.

本発明において、本発明の効果をより発現させ得る点で、無機酸化物としては無機酸化物粒子が好ましい。 In the present invention, inorganic oxide particles are preferable as the inorganic oxide in that the effects of the present invention can be more fully expressed.

本明細書にいう「無機酸化物粒子」としては、好ましくは、粒子全体が無機酸化物である粒子、または、粒子の一部が無機酸化物である粒子である。粒子の一部が無機酸化物である粒子としては、表面に無機酸化物を有する粒子が好ましい。本明細書にいう「無機酸化物粒子」としては、より好ましくは、粒子全体が無機酸化物である粒子である。 The "inorganic oxide particles" as used herein are preferably particles in which the entire particle is an inorganic oxide, or particles in which a part of the particle is an inorganic oxide. As particles in which part of the particles is an inorganic oxide, particles having an inorganic oxide on the surface are preferable. More preferably, the "inorganic oxide particles" referred to in this specification are particles in which the entire particle is an inorganic oxide.

粒子の一部が無機酸化物である粒子(好ましくは、表面に無機酸化物を有する粒子)の例としては、例えば、その一部が酸化された金属粒子(好ましくは、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子)が挙げられる。金属粒子は、酸素の存在下によってその一部(好ましくは、その表面の少なくとも一部)が酸化され得る。したがって、本発明でいう無機酸化物粒子の一形態である「表面に無機酸化物を有する粒子」には、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子が含まれる。 Examples of particles whose part is an inorganic oxide (preferably particles having an inorganic oxide on their surface) include, for example, metal particles whose part is oxidized (preferably at least part of their surface). oxidized metal particles). A part of the metal particle (preferably at least a part of its surface) can be oxidized in the presence of oxygen. Therefore, "particles having an inorganic oxide on their surfaces", which is one form of inorganic oxide particles as used in the present invention, includes metal particles whose surfaces are at least partially oxidized.

金属粒子以外の無機酸化物粒子(例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子など)は、粒子全体が無機酸化物である粒子である場合だけでなく、粒子の一部が無機酸化物である粒子(好ましくは、表面に無機酸化物を有する粒子)である場合もあり得る。すなわち、例えば、シリカ粒子を例に挙げると、シリカ粒子は、粒子全体がシリカである場合だけでなく、粒子の一部がシリカである粒子(好ましくは、表面にシリカを有する粒子)である場合もあり得る。 Inorganic oxide particles other than metal particles (for example, silica particles, alumina particles, titania particles, etc.) include not only particles in which the entire particle is an inorganic oxide, but also particles in which a part of the particle is an inorganic oxide. (preferably particles having an inorganic oxide on the surface). That is, for example, taking silica particles as an example, silica particles include not only cases in which the entire particle is silica, but also particles in which part of the particle is silica (preferably particles having silica on the surface). It is also possible.

無機酸化物粒子の平均粒子径は、目的によって適宜設定され得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、無機酸化物粒子の平均粒子径は、好ましくは0.01μm~100μmであり、特に好ましくは0.1μm~10μmである。 The average particle diameter of the inorganic oxide particles can be appropriately set depending on the purpose. The average particle diameter of the inorganic oxide particles is preferably from 0.01 μm to 100 μm, particularly preferably from 0.1 μm to 10 μm, in order to better exhibit the effects of the present invention.

無機酸化物粒子の平均粒子径は、体積基準の粒度分布における平均粒子径であり、レーザー回折散乱法で測定することが好ましい。 The average particle diameter of the inorganic oxide particles is the average particle diameter in a volume-based particle size distribution, and is preferably measured by a laser diffraction scattering method.

本発明の効果をより発現させ得る点で、無機酸化物粒子は、好ましくは、表面に官能基を有する無機酸化物粒子である。このような官能基としては、例えば、M-OHのようなヒドロキシル性官能基;M-O-Mのようなエーテル性官能基を含む酸素官能基;M-NH、M-NH-Mのようなアミン性官能基を含む窒素官能基;M-SH、M-S-Mのようなチオール性官能基を含む硫黄官能基;その他、ケイ素官能基、ホウ素官能基、リン官能基など;等が挙げられる(Mは、官能基が結合する対象を概念的に示したものであり、無機酸化物そのもの、たとえば無機酸化物を構成する金属元素や有機基など、官能基が結合できる任意の適切な対象を示す)。これらの官能基は、無機酸化物に各種化合物を表面処理する等で容易に形成できる。これらの中でも、無機酸化物粒子としては、好ましくは、表面に酸素官能基を有する無機酸化物粒子である。 The inorganic oxide particles are preferably inorganic oxide particles having a functional group on the surface so that the effects of the present invention can be more fully expressed. Such functional groups include, for example, hydroxyl functional groups such as M-OH; oxygen functional groups including ether functional groups such as M- O -M; Nitrogen functional groups including amine functional groups such as; sulfur functional groups including thiol functional groups such as M-SH and M-SM; silicon functional groups, boron functional groups, phosphorus functional groups, etc. (M conceptually indicates the object to which the functional group is bonded, and is any suitable object to which the functional group can bond, such as the inorganic oxide itself, for example, the metal element or organic group that constitutes the inorganic oxide. ). These functional groups can be easily formed by surface treating an inorganic oxide with various compounds. Among these, preferred inorganic oxide particles are inorganic oxide particles having an oxygen functional group on the surface.

無機酸化物として表面に官能基を有する無機酸化物粒子を採用すれば、炭素材料含有材料において、無機酸化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合を形成し得る。このような結合に寄与している炭素材料の領域(炭素材料結合領域)は、炭素材料そのものではない。すなわち、図1に示すように、炭素材料含有材料の一つの好ましい実施形態においての有機無機複合体(詳細は後述)100は、マトリックスとしての炭素材料10中に複数の無機物粒子20(この場合、無機酸化物粒子である)が分散したものであり、炭素材料10と無機物粒子20との界面には、炭素材料が無機物粒子20の表面に存在する官能基と結合を形成して生じた炭素材料の領域(炭素材料結合領域)30が存在している。そうすると、例えば、炭素材料が溶媒に可溶である場合には、有機無機複合体100を、炭素材料を溶解する溶媒によって処理すると、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。こうして得られるコアシェル粒子200からコア部分としての無機物粒子20を除去すると、炭素材料を有する中空炭素微粒子が得られ得る。 If inorganic oxide particles having a functional group on the surface are used as the inorganic oxide, the functional group present on the surface of the inorganic oxide particle can form a bond with the carbon material in the carbon material-containing material. The region of the carbon material contributing to such bonding (carbon material bonding region) is not the carbon material itself. That is, as shown in FIG. 1, an organic-inorganic composite (details will be described later) 100 in one preferred embodiment of the carbon material-containing material includes a plurality of inorganic particles 20 (in this case, At the interface between the carbon material 10 and the inorganic particles 20, there is a carbon material formed by the carbon material forming a bond with a functional group present on the surface of the inorganic particle 20. A region (carbon material bonding region) 30 exists. Then, for example, when the carbon material is soluble in a solvent, when the organic-inorganic composite 100 is treated with a solvent that dissolves the carbon material, as shown in FIG. A core-shell particle (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material binding region) 200 coated with a region (region not dissolved by a solvent) 30 can be obtained. By removing the inorganic particles 20 as the core portion from the core-shell particles 200 thus obtained, hollow carbon fine particles having a carbon material can be obtained.

表面に官能基を有する無機酸化物粒子としては、好ましくは、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種である。表面に官能基を有する無機酸化物粒子として、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種を採用すれば、無機酸化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合をより形成し得る。 Inorganic oxide particles having functional groups on their surfaces are preferably silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, and composite oxide particles. , solid solution oxide particles. Examples of inorganic oxide particles having a functional group on the surface include silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, composite oxide particles, and solid solution oxides. By employing at least one kind selected from the group consisting of particles, the functional groups present on the surface of the inorganic oxide particles can more easily form bonds with the carbon material.

表面に官能基を有する無機酸化物粒子としては、より好ましくは、ポリ酸粒子である。ポリ酸粒子を構成するポリ酸としては、イソポリ酸、ヘテロポリ酸が挙げられる。前述の通り、化合物(A)を用いると触媒効果を利用することなく炭素材料含有材料を得ることができるが、特に、表面に官能基を有する無機酸化物粒子としてポリ酸粒子を採用すると、強酸性の触媒効果と表面官能基の存在が相まって、炭素材料含有材料とした場合に、脱水縮合反応が促進されC-O結合の総量に対する、-OH基と-O-基の合計量の割合が高くなり、高い構造制御率を有し得る。 More preferably, the inorganic oxide particles having a functional group on the surface are polyacid particles. Examples of the polyacid constituting the polyacid particles include isopolyacid and heteropolyacid. As mentioned above, when compound (A) is used, a carbon material-containing material can be obtained without using the catalytic effect. However, in particular, when polyacid particles are used as inorganic oxide particles having functional groups on the surface, strong acid Due to the combination of the catalytic effect of carbon and the presence of surface functional groups, the dehydration condensation reaction is promoted in the case of a carbon material-containing material, and the ratio of the total amount of -OH groups and -O- groups to the total amount of C-O bonds increases. and can have a high structural control rate.

イソポリ酸としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なイソポリ酸を採用し得る。このようなイソポリ酸としては、例えば、モリブテン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタン、タンタル、クロム、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、スズ、チタン、ジルコニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、亜鉛等の無機元素を主体とする無機酸およびそれらの塩が挙げられ、代表的には、モリブデン酸、バナジウム酸、タングステン酸、ニオブ酸、チタン酸、タンタル酸などが挙げられる。 As the isopoly acid, any suitable isopoly acid may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such isopolyacids include molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, titanium, tantalum, chromium, manganese, rhenium, iron, ruthenium, cobalt, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold, tin, titanium, Examples include inorganic acids and their salts mainly composed of inorganic elements such as zirconium, rhodium, iridium, osmium, zinc, etc. Typical examples include molybdic acid, vanadate acid, tungstic acid, niobic acid, titanic acid, tantalic acid, etc. can be mentioned.

ヘテロポリ酸としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なヘテロポリ酸を採用し得る。このようなヘテロポリ酸としては、例えば、イソポリ酸またはその金属塩にヘテロ原子を導入したものが挙げられる。ヘテロ原子としては、例えば、酸素、硫黄、リン、アンモニウム、カリウム、ナトリウム、ケイ素などが挙げられる。ヘテロポリ酸は水和物であってよい。 As the heteropolyacid, any suitable heteropolyacid may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such heteropolyacids include isopolyacids or metal salts thereof into which heteroatoms are introduced. Examples of the heteroatom include oxygen, sulfur, phosphorus, ammonium, potassium, sodium, and silicon. The heteropolyacid may be a hydrate.

ヘテロポリ酸としては、具体的には、例えば、タングステンを含むイソポリ酸にヘテロ原子を導入してなるタングステン系ヘテロポリ酸や、モリブデンを含むイソポリ酸にヘテロ原子を導入してなるモリブデン系ヘテロポリ酸などが挙げられる。 Specific examples of the heteropolyacid include, for example, a tungsten-based heteropolyacid obtained by introducing a heteroatom into an isopolyacid containing tungsten, and a molybdenum-based heteropolyacid obtained by introducing a heteroatom into an isopolyacid containing molybdenum. Can be mentioned.

タングステン系ヘテロポリ酸としては、例えば、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、コバルトタングステン酸、ゲルマノタングステン酸、ホウタングステン酸、リンバナドタングステン酸、リンタングストモリブデン酸などが挙げられる。 Examples of the tungsten-based heteropolyacid include phosphotungstic acid, silicotungstic acid, cobalt tungstic acid, germanotungstic acid, borotungstic acid, phosphotungstic acid, phosphotungstomolybdic acid, and the like.

モリブデン系ヘテロポリ酸としては、例えば、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸などが挙げられる。 Examples of molybdenum-based heteropolyacids include phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, and phosphovanadomolybdic acid.

無機窒化物としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な無機窒化物を採用し得る。このような無機窒化物としては、例えば、窒化ホウ素、窒化炭素、窒化アルミニウム、窒化ガリウムなどが挙げられ、好ましくは、窒化ホウ素、窒化アルミニウムである。 Any suitable inorganic nitride may be used as the inorganic nitride as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such inorganic nitrides include boron nitride, carbon nitride, aluminum nitride, and gallium nitride, with boron nitride and aluminum nitride being preferred.

無機窒化物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The number of inorganic nitrides may be one, or two or more.

本発明において、本発明の効果をより発現させ得る点で、前述の無機酸化物と同様、無機窒化物としては無機窒化物粒子が好ましい。 In the present invention, inorganic nitride particles are preferable as the inorganic nitride, similar to the above-mentioned inorganic oxides, in that they can better exhibit the effects of the present invention.

無機窒化物粒子の平均粒子径は、目的によって適宜設定され得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、無機窒化物粒子の平均粒子径は、好ましくは0.01μm~100μmであり、特に好ましくは0.1μm~10μmである。 The average particle diameter of the inorganic nitride particles can be appropriately set depending on the purpose. The average particle diameter of the inorganic nitride particles is preferably 0.01 μm to 100 μm, particularly preferably 0.1 μm to 10 μm, so that the effects of the present invention can be more fully expressed.

無機窒化物粒子の平均粒子径は、体積基準の粒度分布における平均粒子径であり、レーザー回折散乱法で測定することが好ましい。 The average particle diameter of the inorganic nitride particles is the average particle diameter in a volume-based particle size distribution, and is preferably measured by a laser diffraction scattering method.

本発明の効果をより発現させ得る点で、無機窒化物粒子は、好ましくは、表面に官能基を有する無機窒化物粒子である。このような官能基としては、例えば、M-OHのようなヒドロキシル性官能基;M-O-Mのようなエーテル性官能基を含む酸素官能基;M-NH、M-NH-Mのようなアミン性官能基を含む窒素官能基;M-SH、M-S-Mのようなチオール性官能基を含む硫黄官能基;その他、ケイ素官能基、ホウ素官能基、リン官能基など;等が挙げられる(Mは、官能基が結合する対象を概念的に示したものであり、無機窒化物そのもの、たとえば無機窒化物を構成する金属元素や有機基など、官能基が結合できる任意の適切な対象を示す)。これらの官能基は、無機窒化物に各種化合物を表面処理する等で容易に形成できる。 The inorganic nitride particles are preferably inorganic nitride particles having a functional group on the surface so that the effects of the present invention can be more fully expressed. Such functional groups include, for example, hydroxyl functional groups such as M-OH; oxygen functional groups including ether functional groups such as M- O -M; Nitrogen functional groups including amine functional groups such as; sulfur functional groups including thiol functional groups such as M-SH and M-SM; silicon functional groups, boron functional groups, phosphorus functional groups, etc. (M conceptually indicates the object to which the functional group is bonded, and is any suitable object to which the functional group can bond, such as the inorganic nitride itself, for example, the metal element or organic group that constitutes the inorganic nitride. ). These functional groups can be easily formed by surface treating the inorganic nitride with various compounds.

無機窒化物として表面に官能基を有する無機窒化物粒子を採用すれば、炭素材料含有材料において、無機窒化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合を形成し得る。このような結合に寄与している炭素材料の領域(炭素材料結合領域)は、炭素材料そのものではない。すなわち、前述の表面に官能基を有する無機酸化物粒子と同様、図1に示すように、炭素材料含有材料の一つの好ましい実施形態においての有機無機複合体(詳細は後述)100は、マトリックスとしての炭素材料10中に複数の無機物粒子20(この場合、無機窒化物粒子である)が分散したものであり、炭素材料10と無機物粒子20との界面には、炭素材料が無機物粒子20の表面に存在する官能基と結合を形成して生じた炭素材料の領域(炭素材料結合領域)30が存在している。そうすると、例えば、炭素材料が溶媒に可溶である場合には、有機無機複合体100を、炭素材料を溶解する溶媒によって処理すると、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機窒化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。こうして得られるコアシェル粒子200からコア部分としての無機物粒子20を除去すると、炭素材料を有する中空炭素微粒子が得られ得る。 If inorganic nitride particles having a functional group on the surface are used as the inorganic nitride, the functional group present on the surface of the inorganic nitride particle can form a bond with the carbon material in the carbon material-containing material. The region of the carbon material contributing to such bonding (carbon material bonding region) is not the carbon material itself. That is, similar to the above-mentioned inorganic oxide particles having functional groups on the surface, as shown in FIG. A plurality of inorganic particles 20 (in this case, inorganic nitride particles) are dispersed in a carbon material 10, and at the interface between the carbon material 10 and the inorganic particles 20, the carbon material is disposed on the surface of the inorganic particles 20. There is a region (carbon material bonding region) 30 of the carbon material formed by forming a bond with a functional group present in the carbon material. Then, for example, when the carbon material is soluble in a solvent, when the organic-inorganic composite 100 is treated with a solvent that dissolves the carbon material, as shown in FIG. A core-shell particle (core part: inorganic nitride particle, shell part: carbon material binding region) 200 coated with a region (region not dissolved by a solvent) 30 can be obtained. By removing the inorganic particles 20 as the core portion from the core-shell particles 200 thus obtained, hollow carbon fine particles having a carbon material can be obtained.

無機硫化物としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な無機硫化物を採用し得る。このような無機硫化物としては、例えば、硫化銅、硫化亜鉛、硫化カドミウムなどが挙げられる。 As the inorganic sulfide, any suitable inorganic sulfide may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such inorganic sulfides include copper sulfide, zinc sulfide, and cadmium sulfide.

無機硫化物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The number of inorganic sulfides may be one, or two or more.

本発明において、本発明の効果をより発現させ得る点で、前述の無機酸化物と同様、無機硫化物としては無機硫化物粒子が好ましい。 In the present invention, inorganic sulfide particles are preferable as the inorganic sulfide, similar to the above-mentioned inorganic oxides, in that the effects of the present invention can be more fully expressed.

無機硫化物粒子の平均粒子径は、目的によって適宜設定され得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、無機硫化物粒子の平均粒子径は、好ましくは0.01μm~100μmであり、特に好ましくは0.1μm~10μmである。 The average particle diameter of the inorganic sulfide particles can be appropriately set depending on the purpose. The average particle diameter of the inorganic sulfide particles is preferably from 0.01 μm to 100 μm, particularly preferably from 0.1 μm to 10 μm, in order to better exhibit the effects of the present invention.

無機硫化物粒子の平均粒子径は、体積基準の粒度分布における平均粒子径であり、レーザー回折散乱法で測定することが好ましい。 The average particle diameter of the inorganic sulfide particles is the average particle diameter in a volume-based particle size distribution, and is preferably measured by a laser diffraction scattering method.

本発明の効果をより発現させ得る点で、無機硫化物粒子は、好ましくは、表面に官能基を有する無機硫化物粒子である。このような官能基としては、例えば、M-OHのようなヒドロキシル性官能基;M-O-Mのようなエーテル性官能基を含む酸素官能基;M-NH、M-NH-Mのようなアミン性官能基を含む窒素官能基;M-SH、M-S-Mのようなチオール性官能基を含む硫黄官能基;その他、ケイ素官能基、ホウ素官能基、リン官能基など;等が挙げられる(Mは、官能基が結合する対象を概念的に示したものであり、無機硫化物そのもの、たとえば無機硫化物を構成する金属元素や有機基など、官能基が結合できる任意の適切な対象を示す)。これらの官能基は、無機硫化物に各種化合物を表面処理する等で容易に形成できる。 The inorganic sulfide particles are preferably inorganic sulfide particles having a functional group on the surface, in order to more effectively exhibit the effects of the present invention. Such functional groups include, for example, hydroxyl functional groups such as M-OH; oxygen functional groups including ether functional groups such as M- O -M; Nitrogen functional groups including amine functional groups such as; sulfur functional groups including thiol functional groups such as M-SH and M-SM; silicon functional groups, boron functional groups, phosphorus functional groups, etc. (M conceptually indicates the object to which the functional group is bonded, and is any suitable object to which the functional group can bond, such as the inorganic sulfide itself, for example, the metal element or organic group that constitutes the inorganic sulfide. ). These functional groups can be easily formed by surface treating an inorganic sulfide with various compounds.

無機硫化物として表面に官能基を有する無機硫化物粒子を採用すれば、炭素材料含有材料において、無機硫化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合を形成し得る。このような結合に寄与している炭素材料の領域(炭素材料結合領域)は、炭素材料そのものではない。すなわち、前述の表面に官能基を有する無機酸化物粒子と同様、図1に示すように、炭素材料含有材料の一つの好ましい実施形態においての有機無機複合体(詳細は後述)100は、マトリックスとしての炭素材料10中に複数の無機物粒子20(この場合、無機硫化物粒子である)が分散したものであり、炭素材料10と無機物粒子20との界面には、炭素材料が無機物粒子20の表面に存在する官能基と結合を形成して生じた炭素材料の領域(炭素材料結合領域)30が存在している。そうすると、例えば、炭素材料が溶媒に可溶である場合には、有機無機複合体100を、炭素材料を溶解する溶媒によって処理すると、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機窒化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。こうして得られるコアシェル粒子200からコア部分としての無機物粒子20を除去すると、炭素材料を有する中空炭素微粒子が得られ得る。 If inorganic sulfide particles having a functional group on the surface are used as the inorganic sulfide, the functional group present on the surface of the inorganic sulfide particle can form a bond with the carbon material in the carbon material-containing material. The region of the carbon material contributing to such bonding (carbon material bonding region) is not the carbon material itself. That is, similar to the above-mentioned inorganic oxide particles having functional groups on the surface, as shown in FIG. A plurality of inorganic particles 20 (in this case, inorganic sulfide particles) are dispersed in a carbon material 10, and at the interface between the carbon material 10 and the inorganic particles 20, the carbon material is formed on the surface of the inorganic particles 20. There is a region (carbon material bonding region) 30 of the carbon material formed by forming a bond with a functional group present in the carbon material. Then, for example, when the carbon material is soluble in a solvent, when the organic-inorganic composite 100 is treated with a solvent that dissolves the carbon material, as shown in FIG. A core-shell particle (core part: inorganic nitride particle, shell part: carbon material binding region) 200 coated with a region (region not dissolved by a solvent) 30 can be obtained. By removing the inorganic particles 20 as the core portion from the core-shell particles 200 thus obtained, hollow carbon fine particles having a carbon material can be obtained.

無機炭化物としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な無機炭化物を採用し得る。このような無機炭化物としては、例えば、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化カルシウムなどが挙げられる。 As the inorganic carbide, any suitable inorganic carbide may be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such inorganic carbides include silicon carbide, tungsten carbide, and calcium carbide.

無機炭化物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The number of inorganic carbides may be one, or two or more.

本発明において、本発明の効果をより発現させ得る点で、前述の無機酸化物と同様、無機炭化物としては無機炭化物粒子が好ましい。 In the present invention, inorganic carbide particles are preferable as the inorganic carbide, similar to the above-mentioned inorganic oxides, in that the effects of the present invention can be more fully expressed.

無機炭化物粒子の平均粒子径は、目的によって適宜設定され得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、無機炭化物粒子の平均粒子径は、好ましくは0.01μm~100μmであり、特に好ましくは0.1μm~10μmである。 The average particle diameter of the inorganic carbide particles can be appropriately set depending on the purpose. The average particle diameter of the inorganic carbide particles is preferably from 0.01 μm to 100 μm, particularly preferably from 0.1 μm to 10 μm, in order to better exhibit the effects of the present invention.

無機炭化物粒子の平均粒子径は、体積基準の粒度分布における平均粒子径であり、レーザー回折散乱法で測定することが好ましい。 The average particle diameter of the inorganic carbide particles is the average particle diameter in a volume-based particle size distribution, and is preferably measured by a laser diffraction scattering method.

本発明の効果をより発現させ得る点で、無機炭化物粒子は、好ましくは、表面に官能基を有する無機炭化物粒子である。このような官能基としては、例えば、M-OHのようなヒドロキシル性官能基;M-O-Mのようなエーテル性官能基を含む酸素官能基;M-NH、M-NH-Mのようなアミン性官能基を含む窒素官能基;M-SH、M-S-Mのようなチオール性官能基を含む硫黄官能基;その他、ケイ素官能基、ホウ素官能基、リン官能基など;等が挙げられる(Mは、官能基が結合する対象を概念的に示したものであり、無機炭化物そのもの、たとえば無機炭化物を構成する金属元素や有機基など、官能基が結合できる任意の適切な対象を示す)。これらの官能基は、無機炭化物に各種化合物を表面処理する等で容易に形成できる。 The inorganic carbide particles are preferably inorganic carbide particles having a functional group on the surface so that the effects of the present invention can be more fully expressed. Such functional groups include, for example, hydroxyl functional groups such as M-OH; oxygen functional groups including ether functional groups such as M- O -M; Nitrogen functional groups including amine functional groups such as; sulfur functional groups including thiol functional groups such as M-SH and M-SM; silicon functional groups, boron functional groups, phosphorus functional groups, etc. (M conceptually indicates the object to which the functional group is bonded, and may be any suitable object to which the functional group can bond, such as the inorganic carbide itself, for example, the metal element or organic group that constitutes the inorganic carbide. ). These functional groups can be easily formed by surface treating an inorganic carbide with various compounds.

無機炭化物として表面に官能基を有する無機炭化物粒子を採用すれば、炭素材料含有材料において、無機炭化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合を形成し得る。このような結合に寄与している炭素材料の領域(炭素材料結合領域)は、炭素材料そのものではない。すなわち、前述の表面に官能基を有する無機酸化物粒子と同様、図1に示すように、炭素材料含有材料の一つの好ましい実施形態においての有機無機複合体(詳細は後述)100は、マトリックスとしての炭素材料10中に複数の無機物粒子20(この場合、無機炭化物粒子である)が分散したものであり、炭素材料10と無機物粒子20との界面には、炭素材料が無機物粒子20の表面に存在する官能基と結合を形成して生じた炭素材料の領域(炭素材料結合領域)30が存在している。そうすると、例えば、炭素材料が溶媒に可溶である場合には、有機無機複合体100を、炭素材料を溶解する溶媒によって処理すると、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機窒化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。こうして得られるコアシェル粒子200からコア部分としての無機物粒子20を除去すると、炭素材料を有する中空炭素微粒子が得られ得る。 If inorganic carbide particles having a functional group on the surface are used as the inorganic carbide, the functional group present on the surface of the inorganic carbide particle can form a bond with the carbon material in the carbon material-containing material. The region of the carbon material contributing to such bonding (carbon material bonding region) is not the carbon material itself. That is, similar to the above-mentioned inorganic oxide particles having functional groups on the surface, as shown in FIG. A plurality of inorganic particles 20 (in this case, inorganic carbide particles) are dispersed in the carbon material 10, and at the interface between the carbon material 10 and the inorganic particles 20, the carbon material is on the surface of the inorganic particles 20. There is a region 30 of carbon material formed by forming a bond with an existing functional group (carbon material bonding region). Then, for example, when the carbon material is soluble in a solvent, when the organic-inorganic composite 100 is treated with a solvent that dissolves the carbon material, as shown in FIG. A core-shell particle (core part: inorganic nitride particle, shell part: carbon material binding region) 200 coated with a region (region not dissolved by a solvent) 30 can be obtained. By removing the inorganic particles 20 as the core portion from the core-shell particles 200 thus obtained, hollow carbon fine particles having a carbon material can be obtained.

不溶性塩としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な不溶性塩を採用し得る。このような不溶性塩としては、好ましくは、有機溶媒に不溶な金属含有塩であり、例えば、リン酸鉄リチウムなどの金属リン酸塩、金属硫酸塩などが挙げられ、好ましくは、リン酸鉄リチウムである。 As the insoluble salt, any suitable insoluble salt may be employed as long as it does not impair the effects of the present invention. Such insoluble salts are preferably metal-containing salts that are insoluble in organic solvents, such as metal phosphates such as lithium iron phosphate, metal sulfates, etc., and preferably lithium iron phosphate. It is.

不溶性塩は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The number of insoluble salts may be one, or two or more.

不溶性塩は、本発明の実施形態における炭素材料含有材料の製造方法において使用される溶媒に不溶であればよい。例えば、化合物(A)と無機物を混合する工程で溶媒を使用する場合には、該溶媒に溶けない無機物であればよい。言い換えれば、無機物に応じて、該無機物を溶解しない適切な溶媒を選択すればよい。本発明の実施形態における炭素材料含有材料の製造方法が炭素材料除去工程を含む場合の該炭素材料除去工程においても同様である。なお、本発明の実施形態における炭素材料含有材料の製造方法において、中空炭素微粒子などを製造する場合には、無機物を溶解する工程を含むことが好ましいが、このような無機物を溶解する工程を含む場合であっても、該工程の前の工程においては、溶媒に溶解しない無機物を選択し得る。不溶性塩は、ある条件下では溶媒に溶解可能であるが、本発明の効果を発揮し得る製造方法においては溶媒に不溶という意味である。また、不溶性塩についても、粒子である形態が好ましく、平均粒子径の好ましい範囲も酸化物と同様である。 The insoluble salt only needs to be insoluble in the solvent used in the method for producing a carbon material-containing material in the embodiment of the present invention. For example, when a solvent is used in the step of mixing compound (A) and an inorganic substance, any inorganic substance that is insoluble in the solvent may be used. In other words, an appropriate solvent that does not dissolve the inorganic substance may be selected depending on the inorganic substance. The same applies to the carbon material removal step when the method for producing a carbon material-containing material in the embodiment of the present invention includes the carbon material removal step. In addition, in the manufacturing method of a carbon material-containing material according to an embodiment of the present invention, when manufacturing hollow carbon fine particles etc., it is preferable to include a step of dissolving an inorganic substance; In this case, an inorganic substance that does not dissolve in the solvent may be selected in the step before this step. Insoluble salt means that it is soluble in a solvent under certain conditions, but is insoluble in a solvent in the production method that can exhibit the effects of the present invention. Furthermore, the insoluble salt is preferably in the form of particles, and the preferable range of the average particle diameter is also the same as that of the oxide.

なお、表面に官能基を有する無機酸化物粒子として、シリカ粒子、ポリ酸粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種を採用すると、無機酸化物粒子の表面に存在する官能基が、炭素材料と結合をより形成し得、得られる炭素材料含有材料が、好ましくは、IR分析において、1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない。炭素材料含有材料のIR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない場合、炭素材料含有材料は、構造がより精密に制御され得る。 In addition, when at least one type selected from the group consisting of silica particles and polyacid particles is employed as the inorganic oxide particles having functional groups on the surface, the functional groups present on the surface of the inorganic oxide particles bond with the carbon material. The resulting carbon material-containing material preferably shows no peak due to C=O stretching vibration between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 in IR analysis. If a peak due to C═O stretching vibration is not observed between 1660 cm −1 and 1800 cm −1 in the IR analysis of the carbon material-containing material, the structure of the carbon material-containing material can be controlled more precisely.

≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫
本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって製造し得る炭素材料含有材料としては、多種多様なものが挙げられ、形状としても、粒子状、非粒子状(例えば、繊維状、薄膜状など)など、各種の形状を取り得る。形状としては、粒子状が好ましい。
≪≪4. Typical example of manufacturing method of carbon material-containing material≫≫
The carbon material-containing materials that can be produced by the method for producing carbon material-containing materials of the present invention include a wide variety of materials, including granular, non-particulate (e.g., fibrous, thin film, etc.) shapes. , can take various shapes. The shape is preferably particulate.

前述したように、例えば、無機物として、例えば、粒子状の無機物(無機物粒子)、非粒子状の無機物(例えば、繊維状の無機物、薄膜状の無機物など)などの各種の形状の無機物を採用する場合、それぞれの形状に応じて、多種多様な炭素材料含有材料が得られ得る。無機物としては、粒子状の無機物(無機物粒子)が好ましい。 As mentioned above, for example, as the inorganic substance, inorganic substances in various shapes such as particulate inorganic substances (inorganic particles) and non-particulate inorganic substances (for example, fibrous inorganic substances, thin film-like inorganic substances, etc.) are employed. In this case, a wide variety of carbon material-containing materials can be obtained depending on the respective shapes. As the inorganic substance, particulate inorganic substances (inorganic particles) are preferable.

無機物粒子を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって、代表的には、無機物粒子を多数含む塊状の炭素材料含有材料が得られ得る。この場合、解砕などによって、粒子状の炭素材料含有材料を得ることができ得る。また、化合物(A)と無機物の配合割合を調整することにより、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって、粒子状の炭素材料含有材料が得られる場合もある。 When inorganic particles are used, the method for producing a carbon material-containing material of the present invention can typically yield a lumpy carbon material-containing material containing a large number of inorganic particles. In this case, a particulate carbon material-containing material may be obtained by crushing or the like. Further, by adjusting the blending ratio of compound (A) and inorganic material, a particulate carbon material-containing material may be obtained by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention.

繊維状の無機物を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって、後述するコアシェル粒子の代わりに繊維状のコアシェル繊維が得られ得る。また、繊維状の無機物を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって、後述する中空炭素微粒子の代わりにチューブ状の中空炭素材料が得られ得る。 When a fibrous inorganic material is used, fibrous core-shell fibers can be obtained instead of core-shell particles described below by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention. Furthermore, when using a fibrous inorganic material, a tubular hollow carbon material can be obtained instead of the hollow carbon fine particles described below by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention.

薄膜状の無機物を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって、積層状の炭素材料含有材料が得られ得る。また、このような積層状の炭素材料含有材料に対して、さらに、後述する加熱工程(II)や炭素材料除去工程や無機物除去工程などを施すことにより、薄膜状の各種炭素材料が得られ得る。 When using a thin film-like inorganic material, a laminated carbon material-containing material can be obtained by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention. Further, by further subjecting such a laminated carbon material-containing material to a heating step (II), a carbon material removal step, an inorganic matter removal step, etc., which will be described later, various thin film carbon materials can be obtained. .

本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって製造し得る炭素材料含有材料において、炭素材料部分の膜厚は、その大きさを制御することによって各種用途に採用し得る。このような炭素材料部分の膜厚としては、例えば、具体的な態様を代表的な例として説明すると、
(態様1)炭素材料除去工程によって、無機物の最表面と強固に相互作用して該無機物表面に存在している炭素材料以外の炭素材料を全て除去して得られる、炭素材料含有材料における炭素材料部分の膜厚、
(態様2)炭素材料含有材料が有する炭素材料部分の全てまたは一部を残した状態の該炭素材料含有材料における炭素材料部分の膜厚、
が挙げられる。
In the carbon material-containing material that can be produced by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention, the film thickness of the carbon material portion can be adapted to various uses by controlling its size. As for the film thickness of such a carbon material part, for example, to explain a specific aspect as a typical example,
(Aspect 1) A carbon material in a carbon material-containing material obtained by removing all carbon materials other than the carbon material that strongly interacts with the outermost surface of an inorganic material and is present on the surface of the inorganic material in a carbon material removal step. Part film thickness,
(Aspect 2) The film thickness of the carbon material portion of the carbon material-containing material with all or part of the carbon material portion of the carbon material-containing material remaining;
can be mentioned.

上記(態様1)における炭素材料部分は、より具体的には、炭素材料除去工程によって、無機物の最表面と強固に相互作用して該無機物表面に存在している炭素材料以外の炭素材料(代表的には、可溶性炭素材料)を全て除去して得られる、該無機物の最表面と強固に相互作用している炭素材料部分である。このような炭素材料部分の膜厚は薄く、炭素材料の構造にもよるが、好ましくは0.3nm~10nmであり、より好ましくは0.4nm~3nmである。炭素材料部分の膜厚をこのような範囲内に制御すれば、無機物と強固に相互作用した炭素成分を、各種用途に十分に利用し得る。 More specifically, the carbon material portion in the above (aspect 1) is a carbon material other than the carbon material (representative Specifically, it is a carbon material portion that is obtained by removing all of the soluble carbon material and that strongly interacts with the outermost surface of the inorganic material. The film thickness of such a carbon material portion is thin, and although it depends on the structure of the carbon material, it is preferably 0.3 nm to 10 nm, more preferably 0.4 nm to 3 nm. By controlling the film thickness of the carbon material portion within such a range, the carbon component that has strongly interacted with the inorganic substance can be fully utilized for various purposes.

なお、上記(態様1)において、代表的には、炭素材料部分の膜厚は薄いものの、適切な炭素材料除去方法を用いることで、上限無く厚みを調整することも可能である。 In addition, in the above (aspect 1), although the film thickness of the carbon material portion is typically thin, it is also possible to adjust the thickness without an upper limit by using an appropriate carbon material removal method.

上記(態様2)における炭素材料部分の膜厚は、上記(態様1)における炭素材料部分の膜厚よりも代表的には厚いが、炭素材料膜としての機能をより発揮させ得るには、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下であり、最も好ましくは1μm以下である。上記(態様2)において、炭素材料部分の膜厚をこのような範囲に制御すれば、膜としての機能を十分に発揮し得る。 The film thickness of the carbon material portion in the above (aspect 2) is typically thicker than the film thickness of the carbon material portion in the above (aspect 1), but is preferably is 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, even more preferably 10 μm or less, and most preferably 1 μm or less. In the above (aspect 2), if the film thickness of the carbon material portion is controlled within such a range, the function as a film can be fully exhibited.

なお、炭素材料部分の膜厚は、炭素材料含有材料の製造方法において用いる原料化合物(例えば、化合物(A))の種類や、製造条件によっても、適切に制御し得る。 Note that the film thickness of the carbon material portion can also be appropriately controlled by the type of raw material compound (for example, compound (A)) used in the method for manufacturing a carbon material-containing material and the manufacturing conditions.

このような炭素材料部分の膜厚は、種々の分析方法により確認することができる。このような分析方法としては、例えば、電子顕微鏡による直接観察による方法(方法A)や、元素分析や熱重量分析から算出される炭素量を無機物のマクロな表面積(本発明のような有機分子が侵入できないようなミクロ構造の表面積を除く)と炭素材料の密度から推定する方法(方法B)が挙げられる。 The film thickness of such a carbon material portion can be confirmed by various analytical methods. Such analysis methods include, for example, direct observation using an electron microscope (Method A), carbon content calculated from elemental analysis and thermogravimetric analysis, and macroscopic surface area of inorganic substances (organic molecules such as the present invention). (Excluding the surface area of microstructures that cannot be penetrated) and a method of estimating from the density of carbon material (Method B).

上記(方法A)としては、より具体的には、例えば、試料となる炭素材料含有材料の断面を透過型電子顕微鏡または走査型電子顕微鏡、好ましくは、エネルギー分散型X線分析装置を付帯した透過型電子顕微鏡または走査型電子顕微鏡を用いる方法が挙げられる。 More specifically, in the above (method A), for example, a cross section of a carbon material-containing material to be a sample is examined using a transmission electron microscope or a scanning electron microscope, preferably a transmission electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray analyzer. Examples include a method using a scanning electron microscope or a scanning electron microscope.

上記(方法B)において、無機物のマクロな表面積は、試料となる炭素材料含有材料の形状や含有される無機物の形状等から推定できる。 In the above (method B), the macroscopic surface area of the inorganic substance can be estimated from the shape of the carbon material-containing material serving as a sample, the shape of the contained inorganic substance, and the like.

上記(方法A)においては、例えば、試料が粒子である場合には、好ましくは、試料に含まれる個々の粒子について3箇所以上の厚みを測定し、その単純平均値をその粒子の膜厚とし、より好ましくは10個以上の粒子について膜厚を求め、その単純平均値を試料の平均膜厚とすることができる。このようにして得られた膜厚(平均膜厚)が、例えば、上述した制御したい所望の膜厚範囲となることが好ましい。 In the above (Method A), for example, when the sample is a particle, it is preferable to measure the thickness of each particle contained in the sample at three or more locations, and take the simple average value as the film thickness of the particle. More preferably, the film thickness of 10 or more particles can be determined, and the simple average value thereof can be taken as the average film thickness of the sample. It is preferable that the film thickness (average film thickness) obtained in this way falls within the desired film thickness range to be controlled, for example.

上記(方法B)においては、分析された膜厚が試料の平均的な膜厚とみなせる。この(方法B)により分析された膜厚が、例えば、上述した制御したい所望の膜厚範囲となることが好ましい。 In the above (method B), the analyzed film thickness can be regarded as the average film thickness of the sample. It is preferable that the film thickness analyzed by this (method B) falls within the desired film thickness range to be controlled, for example.

このような炭素材料含有材料の代表的な実施形態としては、有機無機複合体、炭素材料含有粒子などが挙げられる。炭素材料含有粒子としては、例えば、コアシェル粒子、高炭素化コアシェル粒子、中空炭素微粒子、高炭素化中空炭素微粒子などが挙げられる。以下、代表的且つ具体的な炭素材料含有材料について、その製造方法を説明する。 Typical embodiments of such carbon material-containing materials include organic-inorganic composites, carbon material-containing particles, and the like. Examples of the carbon material-containing particles include core-shell particles, highly carbonized core-shell particles, hollow carbon fine particles, and highly carbonized hollow carbon fine particles. Hereinafter, the manufacturing method of typical and specific carbon material-containing materials will be explained.

≪4-1.有機無機複合体の製造方法≫
本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態は、有機無機複合体である。
≪4-1. Method for producing organic-inorganic composite≫
One embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention is an organic-inorganic composite.

有機無機複合体は、代表的には、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって得られ得る。 The organic-inorganic composite can typically be obtained by a heating step (I) of heating a composition containing an inorganic substance and a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating.

有機無機複合体は、炭素材料と無機物を含む。炭素材料は、代表的には、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、該組成物中の化合物(A)が加熱されることによって生成し得る。 The organic-inorganic composite includes a carbon material and an inorganic material. The carbon material is typically produced by a heating step (I) of heating a composition containing an inorganic substance and a compound (A) that causes a condensation reaction between the same molecules and/or between different molecules when heated. It can be produced by heating compound (A).

炭素材料は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。無機物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。なお、「無機物」については、≪3-2.無機物≫における説明を援用し得る。 Only one type of carbon material may be used, or two or more types may be used. The number of inorganic substances may be one type or two or more types. Regarding "inorganic substances", see <<3-2. The explanation in ``Inorganic substances'' can be referred to.

有機無機複合体中の炭素材料の含有割合は、質量割合として、好ましくは0.01質量%~99.99質量%であり、特に好ましくは0.1質量%~99.9質量%である。有機無機複合体中の炭素材料の含有割合が上記範囲内にあれば、有機無機複合体は温和な条件で工業的に製造可能であり、また、有機無機複合体を材料として中空炭素微粒子等を工業的に製造することができる。これらの炭素材料の含有割合は、目的とする物性に応じて、後述する各種除去工程等により容易に任意の割合にすることが可能である。 The content ratio of the carbon material in the organic-inorganic composite is preferably 0.01% by mass to 99.99% by mass, particularly preferably 0.1% by mass to 99.9% by mass. If the content of the carbon material in the organic-inorganic composite is within the above range, the organic-inorganic composite can be industrially manufactured under mild conditions. It can be manufactured industrially. The content ratio of these carbon materials can be easily adjusted to any desired ratio by various removal steps described below, depending on the desired physical properties.

有機無機複合体中の無機物の含有割合は、質量割合として、好ましくは0.01質量%~99.99質量%であり、特に好ましくは0.1質量%~99.9質量%である。有機無機複合体中の無機物の含有割合が上記範囲内にあれば、有機無機複合体は温和な条件で工業的に製造可能であり、また、有機無機複合体を材料として中空炭素微粒子等を工業的に製造することができる。これらの無機物の含有割合は、目的とする物性に応じて、後述する各種除去工程等により容易に任意の割合にすることが可能である。 The content of the inorganic substance in the organic-inorganic composite is preferably 0.01% by mass to 99.99% by mass, particularly preferably 0.1% by mass to 99.9% by mass. If the content of inorganic substances in the organic-inorganic composite is within the above range, the organic-inorganic composite can be industrially manufactured under mild conditions, and hollow carbon particles etc. can be manufactured industrially using the organic-inorganic composite as a material. It can be manufactured as follows. The content ratio of these inorganic substances can be easily adjusted to an arbitrary ratio according to the desired physical properties by various removal steps described below.

有機無機複合体は、C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、好ましくは10%以上であり、より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは25%以上である。上記割合の上限は、好ましくは35%以下である。有機無機複合体において、C1sXPS分析による、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合の合計量に対する、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、有機無機複合体は、従来知られている単純な炭素材料と異なり、溶解性等の様々な物性をもつ新規な炭素材料含有材料となり得る。 The organic-inorganic complex was analyzed by C1sXPS analysis to determine the total number of bonds, that is, C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and C-O bonds (C-O bonds derived from alcohols, C-O bonds derived from ethers). , epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) ) The ratio of all carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of C--O bonds and C=O bonds, is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably 25 % or more. The upper limit of the above ratio is preferably 35% or less. In organic-inorganic composites, the sum of C-O bonds and C=O bonds relative to the total amount of C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, C-O bonds, and C=O bonds, by C1sXPS analysis If the amount ratio is within the above range, the organic-inorganic composite can become a novel carbon material-containing material that has various physical properties such as solubility, unlike conventionally known simple carbon materials.

有機無機複合体は、C1sXPS分析による、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、好ましくは50%以上であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは65%以上であり、特に好ましくは70%以上であり、最も好ましくは75%以上である。上記割合の上限は、好ましくは90%以下である。有機無機複合体において、C1sXPS分析による、C-O結合とC=O結合の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、有機無機複合体は、炭素材料部分の構造制御率を高め得るとともに、構造がより精密に制御され得る。すなわち、分解反応に由来するC=O結合の比率が少ないほど分解反応が抑制されており、このような有機無機複合体は、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料であると言える。 The organic-inorganic composite has all carbon-oxygen bonds, that is, C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C-O bonds, as determined by C1sXPS analysis. Ether-derived C-O bonds relative to the total amount of =O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds), the ratio of the total amount is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, More preferably, it is 65% or more, particularly preferably 70% or more, and most preferably 75% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 90% or less. In the organic-inorganic composite, the ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C-O bonds and C=O bonds is within the above range according to C1sXPS analysis. If so, the organic-inorganic composite can increase the structural control rate of the carbon material portion, and the structure can be controlled more precisely. In other words, the smaller the ratio of C=O bonds derived from the decomposition reaction, the more suppressed the decomposition reaction is, and it can be said that such an organic-inorganic composite is a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled.

有機無機複合体は、C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、好ましくは15%以上であり、より好ましくは17%以上であり、さらに好ましくは20%以上である。上記割合の上限は、好ましくは30%以下である。炭素材料含有材料において、C1sXPS分析による、全結合の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にあれば、有機無機複合体は、構造がより精密に制御された有機無機複合体であると言える。 The organic-inorganic complex was analyzed by C1sXPS analysis to determine the total number of bonds, that is, C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and C-O bonds (C-O bonds derived from alcohols, C-O bonds derived from ethers). , epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (including carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, ester-derived C=O bonds, lactone-derived C=O bonds, etc.) ), the ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds) is preferably 15%. or more, more preferably 17% or more, still more preferably 20% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 30% or less. In carbon material-containing materials, ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C-O bonds (i.e., C-OH bonds) with respect to the total amount of all bonds, as determined by C1sXPS analysis. If the ratio of the total amount of is within the above range, it can be said that the organic-inorganic composite is an organic-inorganic composite whose structure is more precisely controlled.

有機無機複合体は、特に好ましくは、C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあって、且つ、C1sXPS分析による、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にある態様である。このような態様であれば、有機無機複合体は、炭素材料部分の溶解性をより高め得るとともに、炭素材料部分の構造制御率をより高め得る。また、このような態様であれば、有機無機複合体は、構造がより一層精密に制御され得る。 Particularly preferably, the organic-inorganic composite has all bonds determined by C1s (C-O bond, C-O bond derived from epoxy, etc.) and C=O bond (C=O bond derived from carbonyl, C=O bond derived from carboxyl, C=O bond derived from ester, C= derived from lactone) The ratio of all carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of C-O bonds and C=O bonds, to the total amount of carbon-oxygen bonds (including O bonds, etc.) is within the above range, and the total carbon-oxygen bonds are determined by C1sXPS analysis. That is, C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, etc.) ether-derived C-O bonds (i.e., alcohol-derived C=O bonds) and alcohol-derived C=O bonds (including C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from lactones, etc.) This is an embodiment in which the ratio of the total amount of C--O bonds (ie, C--OH bonds) is within the above range. In such an embodiment, the organic-inorganic composite can further improve the solubility of the carbon material portion, and can further increase the structural control rate of the carbon material portion. Moreover, in such an embodiment, the structure of the organic-inorganic composite can be controlled even more precisely.

有機無機複合体は、特に好ましくは、C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあって、且つ、C1sXPS分析による、全結合、すなわちC-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にある態様である。このような態様であれば、有機無機複合体は、炭素材料部分の溶解性をより高め得るとともに、炭素材料部分の構造制御率をより高め得る。また、このような態様であれば、有機無機複合体は、構造がより一層精密に制御され得る。 Particularly preferably, the organic-inorganic composite has all bonds determined by C1s (C-O bond, C-O bond derived from epoxy, etc.) and C=O bond (C=O bond derived from carbonyl, C=O bond derived from carboxyl, C=O bond derived from ester, C= derived from lactone) The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of C--O bonds and C=O bonds, to the total amount of carbon-oxygen bonds (including O bonds, etc.) is within the above range, and the total amount of bonds, that is, as determined by C1sXPS analysis C-C bond, C=C bond, C-H bond, C-O bond (including alcohol-derived C-O bond, ether-derived C-O bond, epoxy-derived C-O bond, etc.) and C=O ether-derived C--O bonds (i.e., ether-derived C--O bonds (i.e., , C--O--C bond) and alcohol-derived C--O bond (ie, C--OH bond) is within the above range. In such an embodiment, the organic-inorganic composite can further improve the solubility of the carbon material portion, and can further increase the structural control rate of the carbon material portion. Moreover, in such an embodiment, the structure of the organic-inorganic composite can be controlled even more precisely.

有機無機複合体は、最も好ましくは、C1sXPS分析による、全結合、すなわち、C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合とC=O結合の合計量の割合が、上記範囲内にあって、且つ、C1sXPS分析による、全炭素酸素結合、すなわち、C-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にあって、且つ、C1sXPS分析による、全結合、すなわちC-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合(アルコール由来のC-O結合、エーテル由来のC-O結合、エポキシ由来のC-O結合等含む)とC=O結合(カルボニル由来のC=O結合、カルボキシル由来のC=O結合、エステル由来のC=O結合、ラクトン由来のC=O結合等含む)の合計量に対する、エーテル由来のC-O結合(すなわち、C-O-C結合)とアルコール由来のC-O結合(すなわち、C-OH結合)の合計量の割合が、上記範囲内にある態様である。このような態様であれば、有機無機複合体は、炭素材料部分の溶解性をより高め得るとともに、炭素材料部分の構造制御率をさらにより高め得る。また、このような態様であれば、有機無機複合体は、構造がさらにより一層精密に制御され得る。 Most preferably, the organic-inorganic complex has all the bonds determined by C1s (C-O bond, C-O bond derived from epoxy, etc.) and C=O bond (C=O bond derived from carbonyl, C=O bond derived from carboxyl, C=O bond derived from ester, C= derived from lactone) The ratio of all carbon-oxygen bonds, that is, the total amount of C-O bonds and C=O bonds, to the total amount of carbon-oxygen bonds (including O bonds, etc.) is within the above range, and the total carbon-oxygen bonds are determined by C1sXPS analysis. That is, C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C=O bonds, etc.) ether-derived C-O bonds (i.e., alcohol-derived C=O bonds) and alcohol-derived C=O bonds (including C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from esters, C=O bonds derived from lactones, etc.) The ratio of the total amount of C-O bonds (i.e., C-OH bonds) is within the above range, and all bonds, that is, C-C bonds, C=C bonds, and C-H bonds, are determined by C1sXPS analysis. and C-O bonds (including alcohol-derived C-O bonds, ether-derived C-O bonds, epoxy-derived C-O bonds, etc.) and C=O bonds (carbonyl-derived C=O bonds, carboxyl-derived C-O bonds, etc.) ether-derived C-O bonds (i.e., C-O-C bonds) and alcohol-derived C- This is an embodiment in which the ratio of the total amount of O bonds (ie, C—OH bonds) is within the above range. In such an embodiment, the organic-inorganic composite can further increase the solubility of the carbon material portion, and can further increase the structural control rate of the carbon material portion. Moreover, in such an embodiment, the structure of the organic-inorganic composite can be controlled even more precisely.

有機無機複合体は、好ましくは、IR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない。有機無機複合体のIR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない場合、有機無機複合体は、構造がより精密に制御され得る。 The organic-inorganic composite preferably shows no peak due to C=O stretching vibration between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 in IR analysis. If no peak due to C═O stretching vibration is observed between 1660 cm −1 and 1800 cm −1 in the IR analysis of the organic-inorganic composite, the structure of the organic-inorganic composite can be controlled more precisely.

有機無機複合体のIR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られない場合に該有機無機複合体の構造がより精密に制御され得るという理由は次のように考えられる。すなわち、後述するような化合物および製法を用いて有機無機複合体を形成した場合、縮合反応により、反応後の生成物には骨格である芳香族と酸素官能基が残ることになる。このとき、芳香族の構造を保ったまま(言い換えれば、構造が制御された場合)では、エーテル架橋のC-O結合もしくはアルコール由来のC-O結合、さらに酸素官能基も脱離縮合し、骨格の芳香族同士が結合したC-C結合が生成すると考えられる。一方で、望まない分解反応が起こり、骨格の芳香族構造が開裂した場合は、分解反応に由来するC=O結合が生じてしまう。したがって、IR分析において1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークが見られないことは、分解反応が抑制されていることを意味し、このような有機無機複合体は、構造がより精密に制御された炭素材料含有材料であると言える。上記範囲は、特に好ましくは1700cm-1~1800cm-1の範囲である。 The reason why the structure of the organic-inorganic composite can be controlled more precisely when no peak due to C=O stretching vibration is observed between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 in the IR analysis of the organic-inorganic composite is It can be considered as follows. That is, when an organic-inorganic composite is formed using a compound and a production method as described below, the aromatic skeleton and the oxygen functional group remain in the product after the reaction due to the condensation reaction. At this time, if the aromatic structure is maintained (in other words, if the structure is controlled), the C-O bond of the ether bridge or the C-O bond derived from the alcohol, as well as the oxygen functional group, are eliminated and condensed. It is thought that C--C bonds are formed between aromatic skeletons. On the other hand, if an undesired decomposition reaction occurs and the aromatic structure of the skeleton is cleaved, a C=O bond resulting from the decomposition reaction is generated. Therefore, the fact that no peak due to C=O stretching vibration is observed between 1660 cm -1 and 1800 cm -1 in IR analysis means that the decomposition reaction is suppressed, and such organic-inorganic composites can be said to be a carbon material-containing material whose structure is more precisely controlled. The above range is particularly preferably from 1700 cm −1 to 1800 cm −1 .

有機無機複合体は、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が、好ましくは200℃以上であり、より好ましくは250℃以上であり、最も好ましくは300℃以上である。有機無機複合体において、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が、上記範囲内にあれば、本発明の炭素材料含有材料は、酸化安定性が高く、すなわち構造が制御され、骨格構造が保たれているために耐酸化性(耐分解性)が高くなる。仮に、C=O結合が生成するような骨格の開裂が生じていると、骨格の安定性が下がり、耐酸化性(耐分解性)が低くなってしまうというおそれがある。 The organic-inorganic composite preferably has an oxidation start temperature of 200°C or higher, as indicated by the rise temperature of DTA when TG-DTA analysis is performed under heating conditions of 10°C/min from 40°C in an air atmosphere. The temperature is more preferably 250°C or higher, and most preferably 300°C or higher. When TG-DTA analysis is performed on an organic-inorganic composite under heating conditions of 10°C/min from 40°C in an air atmosphere, the oxidation start temperature indicated by the rise temperature of DTA is within the above range. For example, the carbon material-containing material of the present invention has high oxidation stability, that is, the structure is controlled and the skeleton structure is maintained, so the oxidation resistance (decomposition resistance) is high. If the skeleton is cleaved to form a C═O bond, there is a risk that the stability of the skeleton will decrease and the oxidation resistance (decomposition resistance) will decrease.

本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体は、前述の通り、炭素材料と無機物を含む。本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体は、このように「炭素材料」を含み、代表的には、前述したように、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)によって、該組成物中の化合物(A)が加熱されることによって生成し得る。なお、本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体に含まれる「炭素材料」についての下記の説明は、先の≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法≫≫の項目における説明中で言及する「炭素材料」、この≪4-1.有機無機複合体の製造方法≫以外の≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目における説明中で言及する「炭素材料」、≪≪5.炭素材料含有材料≫≫の項目における説明中で言及する「炭素材料」、≪≪6.有機無機複合体≫≫の項目における説明中で言及する「炭素材料」、≪≪7.有機無機複合体の応用≫≫の項目における説明中で言及する「炭素材料」についての説明として援用し得る。 As described above, the organic-inorganic composite, which is one embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention, contains a carbon material and an inorganic substance. The organic-inorganic composite, which is one embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention, includes the "carbon material" as described above, and typically, as described above, heating causes the formation of molecules between the same molecules. And/or it can be produced by heating the compound (A) in the composition in the heating step (I) of heating a composition containing the compound (A) and an inorganic substance in which a condensation reaction occurs between different molecules. Note that the following description of the "carbon material" included in the organic-inorganic composite, which is one embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention, is based on the previous <<<3. The "carbon material" mentioned in the explanation in the item ``Method for producing carbon material-containing material'', this ``4-1.'' <<<3. Method for producing organic-inorganic composite>> other than <<<<3. Typical examples of manufacturing methods for carbon material-containing materials ≫≫ “Carbon materials” mentioned in the explanation in the section ≪≪5. "Carbon material" mentioned in the explanation in the item "Carbon material-containing material", "Carbon material", <<<6. "Carbon material" mentioned in the explanation in the section of "Organic-inorganic composite", "7. It can be used as an explanation of the "carbon material" mentioned in the explanation in the section ``Applications of organic-inorganic composites''.

炭素材料は、C1sXPS分析により容易に炭素成分の存在が確認できる。また、炭素材料は、好ましくは、その構造内にベンゼン環由来のハニカム構造(グラフェン構造)を有する。グラフェン構造は、ラマン分光分析によってその有無の確認ができる(非特許文献4)。 The presence of carbon components in the carbon material can be easily confirmed by C1sXPS analysis. Further, the carbon material preferably has a honeycomb structure (graphene structure) derived from a benzene ring in its structure. The presence or absence of a graphene structure can be confirmed by Raman spectroscopy (Non-Patent Document 4).

炭素材料は、不純物となる金属成分の含有量が合計で、通常、炭素原子100原子%に対し、好ましくは0.1原子%以下であり、より好ましくは0.01原子%以下であり、特に好ましくは実質的にゼロである。これらは、炭素材料を蛍光X線元素分析法(XRF)により分析することによって確認することができる。また、炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)を蛍光X線元素分析法(XRF)により分析した場合、炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)を構成する無機物に含まれる金属成分以外の金属成分の含有量が、炭素原子100原子%に対し、好ましくは0.1原子%以下であり、より好ましくは0.01原子%以下であり、特に好ましくは実質的にゼロである。例えば、無機物にアルミナを使用した炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)を蛍光X線元素分析法(XRF)にて分析した場合、アルミナに含まれる金属成分がアルミニウムのみの場合、アルミニウム以外の金属成分の含有量が、炭素原子100原子%に対し、好ましくは0.1原子%以下であり、より好ましくは0.01原子%以下であり、特に好ましくは実質的にゼロである。 In the carbon material, the total content of metal components that become impurities is usually preferably 0.1 atomic % or less, more preferably 0.01 atomic % or less, based on 100 atomic % of carbon atoms, and particularly Preferably it is substantially zero. These can be confirmed by analyzing the carbon material using X-ray fluorescence elemental analysis (XRF). In addition, when a carbon material-containing material (organic-inorganic composite in this item) is analyzed by X-ray fluorescence elemental analysis (XRF), it is found that The content of metal components other than metal components is preferably 0.1 atomic % or less, more preferably 0.01 atomic % or less, and particularly preferably substantially zero, based on 100 atomic % of carbon atoms. be. For example, when a carbon material-containing material (organic-inorganic composite in this item) that uses alumina as an inorganic substance is analyzed by X-ray fluorescence elemental analysis (XRF), if the only metal component contained in alumina is aluminum, The content of other metal components is preferably 0.1 atomic % or less, more preferably 0.01 atomic % or less, and particularly preferably substantially zero based on 100 atomic % of carbon atoms.

炭素材料は、その構成する元素として、炭素を必須とし、炭素以外の元素を含んでいてもよい。このような炭素以外の元素としては、好ましくは、酸素、水素、窒素、硫黄、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれる少なくとも1種の元素であり、より好ましくは、酸素、水素、窒素、硫黄から選ばれる少なくとも1種の元素であり、さらに好ましくは、酸素、水素、窒素から選ばれる少なくとも1種の元素であり、特に好ましくは、酸素、水素から選ばれる少なくとも1種の元素である。炭素材料を構成する元素のうち水素以外の元素の総量を100原子%としたとき、炭素は、好ましくは60原子%以上であり、より好ましくは70原子%以上であり、さらに好ましくは75原子%以上である。また、炭素以外の元素は、好ましくは10原子%以上である。各元素の割合がこの範囲に入ることで、炭素材料でありながら良好な溶解性を発現することが可能となる。これらは、炭素材料をX線光電子分光法(C1sXPS)により定量することによって確認することができる。また、炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)をX線光電子分光法(C1sXPS)により定量した場合、炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)を構成する無機物に含まれる元素以外の元素の総量を100原子%としたとき、炭素は、好ましくは60原子%以上であり、より好ましくは70原子%以上であり、さらに好ましくは75原子%以上である。また、炭素以外の元素は、好ましくは10原子%以上である。例えば、無機物にリンタングステン酸を使用した炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)をX線光電子分光法(C1sXPS)にて分析した場合、リンおよびタングステンが検出されるが、リン、タングステン、および、リンとタングステンの含有量から計算されるリンタングステン酸を構成する酸素量以外の元素の総量(水素を除く)に対しての炭素の量の割合、炭素以外の元素の割合が上記範囲内に入ることが好ましい。 The carbon material includes carbon as an essential element, and may contain elements other than carbon. Such elements other than carbon are preferably at least one element selected from oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, fluorine, chlorine, bromine, and iodine, and more preferably oxygen, hydrogen, nitrogen, and sulfur. More preferably, it is at least one element selected from oxygen, hydrogen, and nitrogen, and particularly preferably at least one element selected from oxygen and hydrogen. When the total amount of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material is 100 atom%, carbon is preferably 60 atom% or more, more preferably 70 atom% or more, and even more preferably 75 atom%. That's all. Further, the content of elements other than carbon is preferably 10 atomic % or more. When the ratio of each element falls within this range, it becomes possible to exhibit good solubility even though it is a carbon material. These can be confirmed by quantifying the carbon material using X-ray photoelectron spectroscopy (C1sXPS). In addition, when a carbon material-containing material (organic-inorganic composite in this item) is quantified by X-ray photoelectron spectroscopy (C1s When the total amount of other elements is 100 atomic %, carbon is preferably 60 atomic % or more, more preferably 70 atomic % or more, still more preferably 75 atomic % or more. Further, the content of elements other than carbon is preferably 10 atomic % or more. For example, when a carbon material-containing material (organic-inorganic composite in this item) using phosphotungstic acid as an inorganic substance is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (C1sXPS), phosphorus and tungsten are detected; , and the ratio of the amount of carbon to the total amount of elements other than oxygen (excluding hydrogen) constituting phosphotungstic acid calculated from the content of phosphorus and tungsten, and the ratio of elements other than carbon is within the above range Preferably inside.

炭素材料は、好ましくは、溶媒に可溶である。 The carbon material is preferably soluble in a solvent.

ここで、炭素材料が溶媒に可溶である場合とは、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性に優れ、良好な取り扱い性を実現し得る場合である。 Here, the case where the carbon material is soluble in a solvent is the case where it has better solubility in a solvent than conventional carbon materials and can realize good handling properties.

炭素材料が溶媒に可溶という態様としては、好ましくは、下記の実施態様を採りうる。
(実施態様1)炭素材料の全てが溶媒に溶解する実施態様。すなわち、炭素材料が、溶媒に溶解する成分(成分A)のみからなる実施態様。
(実施態様2)炭素材料の一部が溶媒に溶解する態様。すなわち、炭素材料が、溶媒に溶解する成分(成分A)と溶媒に溶解しない成分(成分B)からなる実施態様。
As an embodiment in which the carbon material is soluble in a solvent, the following embodiments can be preferably adopted.
(Embodiment 1) An embodiment in which all of the carbon material is dissolved in the solvent. That is, an embodiment in which the carbon material consists only of a component (component A) that dissolves in a solvent.
(Embodiment 2) An embodiment in which a part of the carbon material is dissolved in a solvent. That is, an embodiment in which the carbon material consists of a component that dissolves in a solvent (component A) and a component that does not dissolve in a solvent (component B).

本発明において「溶媒に可溶」とは、任意の溶媒に溶解する成分がある態様を意味し、該溶媒としては、好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタン等が挙げられる。すなわち、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様が好ましい。より好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、クロロホルムからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様であり、さらに好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒に溶解する成分がある態様であり、特に好ましくは、N-メチルピロリドンに溶解する成分がある態様である。 In the present invention, "soluble in a solvent" means an embodiment in which a component is soluble in any solvent, and the solvent preferably includes N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N- Examples include methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, dichloromethane and the like. Namely, the group consisting of N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, dichloromethane. Preferably, there is a component soluble in at least one solvent selected from the following. More preferred is an embodiment in which there is a component soluble in at least one solvent selected from the group consisting of N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and chloroform. is an embodiment in which there is a component soluble in at least one solvent selected from the group consisting of N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone, and particularly preferably an embodiment in which there is a component soluble in N-methylpyrrolidone. be.

炭素材料が溶媒に可溶である一つの実施形態は、例えば、炭素材料が、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む実施形態である。 One embodiment in which the carbon material is soluble in a solvent is, for example, an embodiment in which the carbon material includes a carbon-based compound that is soluble in the solvent.

溶媒に可溶であるか否かの判定方法としては、例えば、炭素材料含有材料(この項目では有機無機複合体)を上記溶媒に対して0.001質量%となるように混合したのち、超音波処理を1時間行い、得られた液をPTFE製濾紙(孔径0.45μm)に通したとき、濾紙を通過した液に炭素系化合物が含まれるか否かで判定することができる。濾紙を通過した液に炭素系化合物が含まれる場合、炭素材料が溶媒に可溶である炭素系化合物を含むと判定される。上記PTFE製濾紙としては、例えば、ジーエルサイエンス株式会社製のGLクロマトディスク(型式13P)を用いることができる。 As a method for determining whether or not it is soluble in a solvent, for example, after mixing a carbon material-containing material (organic-inorganic composite in this item) to the above solvent to a concentration of 0.001% by mass, When sonication is performed for 1 hour and the resulting liquid is passed through a PTFE filter paper (pore size: 0.45 μm), it can be determined whether or not the liquid that has passed through the filter paper contains carbon-based compounds. If the liquid that has passed through the filter paper contains a carbon-based compound, it is determined that the carbon material contains a carbon-based compound that is soluble in the solvent. As the PTFE filter paper, for example, GL Chromato Disc (Model 13P) manufactured by GL Sciences, Inc. can be used.

炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを有することは、炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有していることを意味している。Gバンドは、強度が高く、シャープであれば、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。 The carbon material preferably exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm −1 to 1650 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by (i) Raman spectroscopy. Therefore, the fact that the carbon material has a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material has a graphene structure or a structure similar to graphene. It means that it has a structure. If the G band has high intensity and is sharp, it can be said that the G band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure.

炭素材料は、好ましくは、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。グラフェン構造の欠陥に由来する構造を有する炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおけるDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを有することは、その炭素材料が官能基を含むことや、グラフェン構造の欠陥に由来する構造またはグラフェン構造の欠陥に由来する構造に類似の構造を有していることを意味している。Dバンドは、強度が低ければ、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。また、Dバンドが確認できるということは、本発明の製造方法で得られる炭素材料含有材料が官能基を有することを意味しており、これにより、溶媒に対する溶解性を高め得る。 The carbon material preferably exhibits a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by (ii) Raman spectroscopy. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure exhibits a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. Therefore, the fact that a carbon material has a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material contains a functional group, This means that it has a structure derived from defects in the graphene structure or a structure similar to a structure derived from defects in the graphene structure. If the intensity of the D band is low, it can be said that the D band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure. Furthermore, the fact that the D band can be confirmed means that the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention has a functional group, which can improve the solubility in a solvent.

炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material preferably exhibits (i) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ). The resulting Raman spectrum shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ).

炭素材料は、好ましくは、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを有することは、炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有していることを意味している。G′バンドの強度は、グラフェン構造が1層のときに最も強く、グラフェン構造の積層数が増えるにつれて徐々に小さくなる。しかしながら、G′バンドは、グラフェン構造の積層数が増えるにつれて徐々に強度が小さくなっても、ピークは観察することができる。したがって、G′バンドにピークを有することは、炭素材料がグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。G′バンドは、2Dバンドとも呼ばれることがある。 The carbon material preferably exhibits a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (iii) Raman spectroscopy. Therefore, the fact that a carbon material has a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material has a graphene structure or a structure similar to graphene. This means that it has the structure of The intensity of the G' band is strongest when the graphene structure has one layer, and gradually decreases as the number of stacked graphene structures increases. However, even though the intensity of the G' band gradually decreases as the number of stacked graphene structures increases, the peak can be observed. Therefore, having a peak in the G' band means that the carbon material has a graphene structure or a structure similar to a graphene structure. The G' band is also sometimes called the 2D band.

炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material preferably exhibits (i) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ). The Raman spectrum obtained shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ), and (iii) the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy shows a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1). 1 to 2750 cm -1 ).

炭素材料は、好ましくは、(iv)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。グラフェン構造の欠陥に由来する構造を有する炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて、D+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。したがって、炭素材料が、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを有することは、その炭素材料が官能基を含むことや、グラフェン構造の欠陥に由来する構造またはグラフェン構造の欠陥に由来する構造に類似の構造を有していることを意味している。D+D′バンドは、強度が低ければ、よりきれいなグラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有しているといえる。D+D′バンドは、D+Gバンドとも呼ばれることがある。また、D+D′バンドが確認できるということもまた、本発明の製造方法で得られる炭素材料含有材料が官能基を有することを意味しており、これにより、溶媒に対する溶解性を高め得る。 The carbon material preferably exhibits a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (iv) Raman spectroscopy. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure exhibits a peak in the D+D′ band (generally within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. Therefore, the fact that a carbon material has a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy means that the carbon material contains a functional group. , means that it has a structure derived from defects in the graphene structure or a structure similar to a structure derived from defects in the graphene structure. If the intensity of the D+D' band is low, it can be said that the band has a more beautiful graphene structure or a structure similar to a graphene structure. The D+D' band is also sometimes called the D+G band. Furthermore, the fact that the D+D' band can be confirmed also means that the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention has a functional group, which can improve its solubility in a solvent.

炭素材料は、好ましくは、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてG′バンド(一般的に2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(iv)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてD+D′バンド(一般的に2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを示す。 The carbon material preferably exhibits (i) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, and (ii) a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ). The Raman spectrum obtained shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ), and (iii) the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy shows a peak in the G' band (generally within the range of 2650 cm -1). (iv) Shows a peak in the D+D' band (generally within the range of 2800 cm -1 to 3000 cm -1 ) in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy . .

炭素材料は、好ましくは、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。 The carbon material preferably includes a carbon-based compound that is soluble in a solvent.

一つの実施形態として、炭素材料は、例えば、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてGバンド(一般的に1550cm-1~1650cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、(ii)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいてDバンド(一般的に1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを示し、さらに、溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。 In one embodiment, the carbon material exhibits a peak in the G band (generally within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by (i) Raman spectroscopy, and further (ii) ) It shows a peak in the D band (generally within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopic analysis, and further contains a carbon-based compound that is soluble in a solvent.

炭素材料において、官能基を含むことと共に、グラフェン構造の一部に欠陥を有している場合、この欠陥が、炭素材料の溶媒への溶解性の発現に寄与し得る。 When a carbon material contains a functional group and also has defects in a part of the graphene structure, these defects can contribute to the solubility of the carbon material in a solvent.

炭素材料は、上記のように、従来公知の炭素材料とは異なり、グラフェン構造またはグラフェン構造に類似の構造を有し、炭素材料の溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、炭素材料が溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。 As mentioned above, unlike conventionally known carbon materials, carbon materials have a graphene structure or a structure similar to a graphene structure, and the solubility of carbon materials in solvents is better (for example, the carbon material dissolves in the solvent). The number of components in the material increases, and the types of solvents in which the carbon material can be dissolved also increase).

炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量は、好ましくは1000~1300000であり、より好ましくは5000~1000000であり、さらに好ましくは10000~700000であり、特に好ましくは15000~500000であり、最も好ましくは20000~300000である。炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が上記範囲内にあれば、上記(i)の特徴と相まって、炭素材料の溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、炭素材料が溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が1300000を超えると、炭素材料の溶媒への溶解性が悪くなるおそれがある。炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が1000未満であると、炭素材料としての特徴が薄れるおそれがある。これらの分子量は、後述する手法により分析できる。 The molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material is preferably 1,000 to 1,300,000, more preferably 5,000 to 1,000,000, still more preferably 10,000 to 700,000, particularly preferably 15,000 to 500,000, and most preferably It is between 20,000 and 300,000. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material is within the above range, in combination with the feature (i) above, the solubility of the carbon material in the solvent will be better (for example, if the components of the carbon material that dissolve in the solvent are (or the types of solvents in which carbon materials can be dissolved will increase). If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material exceeds 1,300,000, the solubility of the carbon material in a solvent may deteriorate. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material is less than 1000, the characteristics as a carbon material may be weakened. These molecular weights can be analyzed by the method described below.

炭素材料中の炭素系化合物の含有割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは70質量%~100質量%であり、さらに好ましくは90質量%~100質量%であり、特に好ましくは95質量%~100質量%であり、最も好ましくは実質的に100質量%である。炭素材料中の炭素系化合物の含有割合が上記範囲内にあれば、上記(i)、(ii)の特徴と相まって、炭素材料の溶媒への溶解性がより優れる(例えば、溶媒に溶解する炭素材料の成分がより多くなったり、炭素材料が溶解できる溶媒の種類がより増えたりする)。 The content ratio of the carbon-based compound in the carbon material is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 70% by mass to 100% by mass, even more preferably 90% by mass to 100% by mass, Particularly preferably from 95% to 100% by weight, most preferably substantially 100% by weight. If the content ratio of the carbon-based compound in the carbon material is within the above range, in combination with the characteristics (i) and (ii) above, the solubility of the carbon material in the solvent will be better (for example, the solubility of the carbon material in the solvent will be better). The number of components in the material increases, and the types of solvents in which the carbon material can be dissolved also increase).

炭素材料は、好ましくは、XRD分析によって得られるXRDスペクトルチャートにおいて、20°~30°の範囲内にピークを示す。すなわち炭素材料は、グラフェン構造が積層した構造(グラフェン積層構造)を有することも、好ましい実施形態の一つである。積層構造を有することで、炭素材料はより強固になり得るとともに、より安定なものとなり得る。 The carbon material preferably exhibits a peak within the range of 20° to 30° in an XRD spectrum chart obtained by XRD analysis. That is, in one preferred embodiment, the carbon material has a structure in which graphene structures are stacked (graphene stacked structure). Having a layered structure can make the carbon material stronger and more stable.

炭素材料のさらに好ましい形態は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルにおいて上述した形態(i)~(iv)のいずれの形態、あるいは組合せた形態;(i)および(ii)、(i)、(ii)および(iii)、(i)、(ii)、(iii)および(iv)を有し、且つ、XRD分析によって得られるXRDスペクトルチャートにおいて、20°~30°の範囲内にピークを示す形態である。 More preferable forms of the carbon material include any of the forms (i) to (iv) described above in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, or a combination of forms; (i) and (ii), (i), ( ii) and (iii), (i), (ii), (iii) and (iv), and exhibits a peak within the range of 20° to 30° in the XRD spectrum chart obtained by XRD analysis. It is a form.

炭素材料は、好ましくは、バルク状態で存在し得る。一般には、バルク状態の物質が備える性質が、その物質の固有の性質である。すなわち、バルク状態の物質は、その物質のもつ基本的な性質、例えば、沸点、融点、粘度、密度などの値を決定できる。ある物質の物性といえば、バルク部分が持つ性質を指す。バルク状態の例としては、粒子、ペレット、フィルム等である。粒子の存在状態としては、例えば、粉体が挙げられる。フィルムとしては、自立したフィルムであることが好ましい。 The carbon material may preferably be present in bulk. Generally, the properties of a substance in its bulk state are its inherent properties. That is, the fundamental properties of a substance in its bulk state, such as its boiling point, melting point, viscosity, and density, can be determined. When we talk about the physical properties of a substance, we mean the properties that its bulk part has. Examples of bulk states are particles, pellets, films, etc. Examples of the state of existence of particles include powder. The film is preferably a self-supporting film.

≪4-2.炭素材料含有粒子の製造方法≫
本発明の製造方法によって得られる炭素材料含有材料の一つの実施形態は、炭素材料含有粒子である。炭素材料含有粒子としては、代表的には、コアシェル粒子、高炭素化コアシェル粒子、中空炭素微粒子、高炭素化中空炭素微粒子などが挙げられる。
≪4-2. Method for manufacturing carbon material-containing particles≫
One embodiment of the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention is carbon material-containing particles. Typically, the carbon material-containing particles include core-shell particles, highly carbonized core-shell particles, hollow carbon fine particles, and highly carbonized hollow carbon fine particles.

<4-2-1.コアシェル粒子の製造方法>
コアシェル粒子は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)の後、化合物(A)の加熱によって生成する炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程を含むことによって製造し得る。すなわち、加熱工程(I)を経て炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体を製造した後、該有機無機複合体に含まれる炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程に付すことによって製造し得る。炭素材料除去工程においては、有機無機複合体に含まれる炭素材料を溶解する溶媒によって処理する。これにより、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。このようなコアシェル粒子も炭素材料含有材料である。
<4-2-1. Method for producing core-shell particles>
In the method for producing a carbon material-containing material of the present invention, the core-shell particles are produced by including a carbon material removal step of removing at least a part of the carbon material produced by heating the compound (A) after the heating step (I). Can be manufactured. That is, after producing an organic-inorganic composite which is one embodiment of a carbon material-containing material through the heating step (I), a carbon material removal step of removing at least a portion of the carbon material contained in the organic-inorganic composite. It can be produced by subjecting it to In the carbon material removal step, treatment is performed using a solvent that dissolves the carbon material contained in the organic-inorganic composite. As a result, as shown in FIG. 2, a core-shell particle (core part: inorganic particle, shell part: carbon material binding region) 200 in which the surface of the inorganic particle 20 is coated with a carbon material binding region (region not dissolved by a solvent) 30 can be obtained. Such core-shell particles are also carbon material-containing materials.

溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタン等が挙げられ、好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、クロロホルムであり、より好ましくはN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンであり、特に好ましくはN-メチルピロリドンである。 Examples of the solvent include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, Examples include dichloromethane, preferably N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and chloroform, and more preferably N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. N-methylpyrrolidone is particularly preferred.

<4-2-2.高炭素化コアシェル粒子の製造方法>
高炭素化コアシェル粒子は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)、およびそれに続く炭素材料除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含むことによって製造し得る。すなわち、上述のコアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、シェル部分を高炭素化させ得る。これにより、高炭素化コアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:高炭素化物)が得られ得る。高炭素化することで、得られた炭素材料または炭素材料複合体の強度や耐熱性を向上することができる。高炭素化コアシェル粒子も炭素材料含有材料である。
<4-2-2. Method for producing highly carbonized core-shell particles>
Highly carbonized core-shell particles can be manufactured by including a heating step (II) of further heating after the heating step (I) and the subsequent carbon material removal step in the method for manufacturing a carbon material-containing material of the present invention. . That is, the above-mentioned core-shell particles (core part: inorganic particles, shell part: carbon material bonding region) are further heated. This heating step (II) allows the shell portion to be highly carbonized. Thereby, highly carbonized core-shell particles (core part: inorganic particles, shell part: highly carbonized material) can be obtained. By increasing the carbon content, the strength and heat resistance of the obtained carbon material or carbon material composite can be improved. Highly carbonized core-shell particles are also carbon material-containing materials.

加熱工程(II)における加熱温度は、コアの無機成分が耐えられる温度内であればよいが、具体的な加熱温度として、好ましくは500℃~3000℃であり、より好ましくは600℃~2500℃であり、最も好ましくは700℃~2000℃である。加熱工程(II)における加熱温度を上記範囲に調整することにより、シェル部分を効果的に高炭素化させることができる。 The heating temperature in the heating step (II) may be within a temperature range that the inorganic components of the core can withstand, but the specific heating temperature is preferably 500°C to 3000°C, more preferably 600°C to 2500°C. The temperature is most preferably 700°C to 2000°C. By adjusting the heating temperature in the heating step (II) within the above range, the shell portion can be effectively carbonized.

加熱工程(II)における加熱時間は、具体的な加熱時間として、好ましくは0.1時間~120時間であり、より好ましくは0.5時間~100時間であり、さらに好ましくは1時間~50時間であり、最も好ましくは2時間~24時間である。加熱時間を上記範囲に調整することにより、シェル部分を効果的に高炭素化させることができる。 The specific heating time in the heating step (II) is preferably 0.1 to 120 hours, more preferably 0.5 to 100 hours, and even more preferably 1 to 50 hours. and most preferably from 2 hours to 24 hours. By adjusting the heating time within the above range, the shell portion can be effectively carbonized.

<4-2-3.中空炭素微粒子の製造方法>
中空炭素微粒子は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)の後、無機物を除去する無機物除去工程を含むことによって製造し得る(製造形態1)。すなわち、加熱工程(I)を経て炭素材料含有材料の一つの実施形態である有機無機複合体を製造した後、該有機無機複合体に含まれる無機物を除去する無機物除去工程に付すことによって製造し得る。
<4-2-3. Method for manufacturing hollow carbon particles>
Hollow carbon fine particles can be produced by including an inorganic matter removal step of removing inorganic matter after the heating step (I) in the method for producing a carbon material-containing material of the present invention (manufacturing mode 1). That is, after producing an organic-inorganic composite which is one embodiment of the carbon material-containing material through the heating step (I), it is produced by subjecting it to an inorganic matter removal step of removing inorganic matter contained in the organic-inorganic composite. obtain.

中空炭素微粒子は、また、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)、およびそれに続く炭素材料除去工程の後、無機物を除去する無機物除去工程を含むことによっても製造し得る(製造形態2)。すなわち、加熱工程(I)、およびそれに続く炭素材料除去工程を経て炭素材料含有材料の一つの実施形態であるコアシェル粒子を製造した後、該コアシェル粒子に含まれる無機物を除去する無機物除去工程に付すことによって製造し得る。 Hollow carbon fine particles can also be produced by including an inorganic matter removal step of removing inorganic matter after the heating step (I) and the subsequent carbon material removal step in the method for producing a carbon material-containing material of the present invention. (Manufacturing form 2). That is, after producing core-shell particles, which are one embodiment of a carbon material-containing material, through the heating step (I) and the subsequent carbon material removal step, the core-shell particles are subjected to an inorganic matter removal step of removing inorganic matter contained in the core-shell particles. It can be manufactured by

無機物除去工程における無機物の除去の方法は、例えば、炭素材料が溶解されずに無機物を溶解できる溶剤で除去する方法が挙げられる。上記のような溶解特性をもつ溶剤としては、特に限定はされないが、水系溶剤が好ましい。このように水系溶剤が好ましい理由としては、本発明の製造方法で製造される炭素材料含有材料に含まれる炭素材料は水に溶けにくく、一方、無機物は水(特に酸性水や塩基性水)に溶けるものが多いためである。水系溶剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の酸性水溶液;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の塩基性水溶液;などが挙げられる。また、除去工程において、温度は、特に限定はされないが、水系溶剤の溶解特性を効果的に発現させ得る点で、好ましくは0℃~150℃であり、より好ましくは20℃~100℃である。さらに、除去工程の物理的な処理としては、特に限定はされないが、除去性を効果的に発現させ得る点で、好ましくは、静置、撹拌、超音波処理、せん断操作であり、より好ましくは、撹拌、超音波処理、せん断操作である。 Examples of the method for removing inorganic substances in the inorganic substance removal step include a method of removing the inorganic substances using a solvent that can dissolve the inorganic substances without dissolving the carbon material. The solvent having the above-mentioned solubility characteristics is not particularly limited, but aqueous solvents are preferred. The reason why an aqueous solvent is preferable is that the carbon material contained in the carbon material-containing material produced by the production method of the present invention is difficult to dissolve in water, while inorganic substances are soluble in water (especially acidic water and basic water). This is because there are many things that can be dissolved. Examples of the aqueous solvent include acidic aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid; basic aqueous solutions such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia; and the like. In addition, in the removal step, the temperature is not particularly limited, but is preferably 0°C to 150°C, more preferably 20°C to 100°C, since it can effectively express the dissolution characteristics of the aqueous solvent. . Further, the physical treatment in the removal step is not particularly limited, but in terms of effectively achieving removability, it is preferably left standing, stirring, ultrasonication, or shearing, and more preferably , stirring, sonication, and shearing operations.

<4-2-4.高炭素化中空炭素微粒子の製造方法>
高炭素化中空炭素微粒子は、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)、およびそれに続く無機物除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含むことによって製造し得る。すなわち、上述の製造形態1で得られる中空炭素微粒子をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、炭素材料部分を高炭素化させ得る。これにより、高炭素化中空炭素微粒子が得られ得る。高炭素化することで、得られた炭素材料または炭素材料複合体の強度や耐熱性を向上することができる。高炭素化中空炭素微粒子も炭素材料含有材料である。
<4-2-4. Method for producing highly carbonized hollow carbon particles>
Highly carbonized hollow carbon fine particles can be manufactured by including a heating step (II) of further heating after the heating step (I) and the subsequent inorganic matter removal step in the method for manufacturing a carbon material-containing material of the present invention. . That is, the hollow carbon fine particles obtained in the above-mentioned production mode 1 are further heated. By this heating step (II), the carbon material portion can be highly carbonized. Thereby, highly carbonized hollow carbon fine particles can be obtained. By increasing the carbon content, the strength and heat resistance of the obtained carbon material or carbon material composite can be improved. Highly carbonized hollow carbon fine particles are also carbon material-containing materials.

高炭素化中空炭素微粒子は、また、本発明の炭素材料含有材料の製造方法において、加熱工程(I)、およびそれに続く炭素材料除去工程、およびそれに続く無機物除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含むことによって製造し得る。すなわち、上述の製造形態2で得られる中空炭素微粒子をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、炭素材料部分を高炭素化させ得る。 The highly carbonized hollow carbon fine particles can also be further heated after the heating step (I), the subsequent carbon material removal step, and the subsequent inorganic matter removal step in the method for producing a carbon material-containing material of the present invention. (II). That is, the hollow carbon fine particles obtained in the above-mentioned production mode 2 are further heated. By this heating step (II), the carbon material portion can be highly carbonized.

≪≪5.炭素材料含有材料≫≫
本発明の炭素材料含有材料は、炭素材料と無機物を含む炭素材料含有材料であって、該炭素材料の少なくとも一部と該無機物の少なくとも一部とが共有結合によって結合しており、該炭素材料の元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が1.0atom%~8.0atom%であり、酸素原子の含有割合が0.1atom%~4atom%である。
≪≪5. Materials containing carbon materials≫≫
The carbon material-containing material of the present invention is a carbon material-containing material containing a carbon material and an inorganic substance, in which at least a part of the carbon material and at least a part of the inorganic substance are bonded by a covalent bond, and the carbon material The content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in the elemental analysis of is 1.0 atom% to 8.0 atom% when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%, The content of oxygen atoms is 0.1 atom% to 4 atom%.

本発明の炭素材料含有材料は、炭素材料の少なくとも一部と無機物の少なくとも一部とが共有結合によって結合している。好ましくは、無機物の最表面の少なくとも一部に炭素材料の少なくとも一部が共有結合している。より好ましくは、無機物粒子の最表面の少なくとも一部に炭素材料の少なくとも一部が共有結合している。 In the carbon material-containing material of the present invention, at least a portion of the carbon material and at least a portion of the inorganic material are bonded by a covalent bond. Preferably, at least a portion of the carbon material is covalently bonded to at least a portion of the outermost surface of the inorganic material. More preferably, at least a portion of the carbon material is covalently bonded to at least a portion of the outermost surface of the inorganic particle.

本発明の炭素材料含有材料の説明において、「炭素材料」については、≪≪2.炭素材料≫≫における説明を援用し得る。本発明の炭素材料含有材料の説明において、「無機物」については、≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法≫≫、≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫における説明を援用し得る。 In the description of the carbon material-containing material of the present invention, "carbon material" refers to <<<2. The explanation in Carbon Material≫≫ can be referred to. In the description of the carbon material-containing material of the present invention, "inorganic material" refers to <<<3. Method for producing carbon material-containing material≫≫, ≪≪4. The explanation in ≫≫ representative examples of methods for manufacturing carbon material-containing materials may be referred to.

本発明の炭素材料含有材料は、任意の適切な方法によって製造し得る。本発明の炭素材料含有材料は、好ましくは、本発明の炭素材料含有材料の製造方法によって製造し得る。 The carbon material-containing material of the present invention can be manufactured by any suitable method. The carbon material-containing material of the present invention can be preferably produced by the method for producing a carbon material-containing material of the present invention.

本発明の炭素材料含有材料としては、多種多様なものが挙げられ、形状としても、粒子状、非粒子状(例えば、繊維状、薄膜状など)など、各種の形状を取り得る。形状としては、粒子状が好ましい。 The carbon material-containing material of the present invention includes a wide variety of materials, and can take various shapes such as particulate and non-particulate (for example, fibrous, thin film, etc.). The shape is preferably particulate.

先の≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法≫≫や≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫において説明したように、例えば、無機物として、例えば、粒子状の無機物(無機物粒子)、非粒子状の無機物(例えば、繊維状の無機物、薄膜状の無機物など)などの各種の形状の無機物を採用する場合、それぞれの形状に応じて、多種多様な炭素材料含有材料が得られ得る。無機物としては、粒子状の無機物(無機物粒子)が好ましい。 Previous ≪≪3. Method for producing carbon material-containing material≫≫ and ≪≪4. As explained in ≫≫ Typical Examples of Manufacturing Methods for Carbon Material-Containing Materials, examples of inorganic substances include particulate inorganic substances (inorganic particles), non-particulate inorganic substances (for example, fibrous inorganic substances, thin film-like inorganic substances, etc.). When employing inorganic substances of various shapes such as inorganic substances, a wide variety of carbon material-containing materials can be obtained depending on the respective shapes. As the inorganic substance, particulate inorganic substances (inorganic particles) are preferable.

先の≪≪3.炭素材料含有材料の製造方法≫≫や≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫において説明したように、無機物粒子を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料として、代表的には、無機物粒子を多数含む塊状の炭素材料含有材料が挙げられる。この場合、解砕などによって、粒子状の炭素材料含有材料となり得る。また、化合物(A)と無機物の配合割合を調整することにより、粒子状の炭素材料含有材料となり得る。また、繊維状の無機物を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料としては、繊維状のコアシェル繊維やチューブ状の中空炭素材料が挙げられる。さらに、薄膜状の無機物を用いる場合は、本発明の炭素材料含有材料として、積層状の炭素材料含有材料が挙げられる。また、このような積層状の炭素材料含有材料に対して、さらに、前述の加熱工程(II)や炭素材料除去工程や無機物除去工程などを施すことにより、薄膜状の各種炭素材料となり得る。 Previous ≪≪3. Method for producing carbon material-containing material≫≫ and ≪≪4. As explained in ≫≫ representative examples of methods for manufacturing carbon material-containing materials, when inorganic particles are used, the carbon material-containing material of the present invention is typically a lumpy carbon material-containing material containing a large number of inorganic particles. can be mentioned. In this case, it can be made into particulate carbon material-containing material by crushing or the like. Furthermore, by adjusting the blending ratio of compound (A) and inorganic matter, a particulate carbon material-containing material can be obtained. Furthermore, when using a fibrous inorganic material, examples of the carbon material-containing material of the present invention include fibrous core-shell fibers and tubular hollow carbon materials. Furthermore, when using a thin film-like inorganic material, the carbon material-containing material of the present invention includes a laminated carbon material-containing material. Further, by further subjecting such a laminated carbon material-containing material to the above-described heating step (II), carbon material removal step, inorganic substance removal step, etc., various thin film-like carbon materials can be obtained.

本発明の炭素材料含有材料の代表的な実施形態としては、≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫において説明した製造方法によって得られる炭素材料含有材料のように、有機無機複合体、炭素材料含有粒子などが挙げられる。炭素材料含有粒子としては、例えば、コアシェル粒子、高炭素化コアシェル粒子、中空炭素微粒子、高炭素化中空炭素微粒子などが挙げられる。 Typical embodiments of the carbon material-containing material of the present invention include <<<4. Typical Examples of Manufacturing Methods for Carbon Material-Containing Materials Examples of carbon material-containing materials obtained by the manufacturing method described in ≫≫ include organic-inorganic composites, carbon material-containing particles, and the like. Examples of the carbon material-containing particles include core-shell particles, highly carbonized core-shell particles, hollow carbon fine particles, and highly carbonized hollow carbon fine particles.

本発明の炭素材料含有材料は、好ましくは、13C-NMR分析において、125ppm~135ppmの間にピークを示す。13C-NMR分析において、125ppm~135ppmの間にピークを示すことは、炭素材料含有材料が少なくともsp2炭素を含む炭素材料を含むことを意味する。 The carbon material-containing material of the present invention preferably exhibits a peak between 125 ppm and 135 ppm in 13 C-NMR analysis. In the 13 C-NMR analysis, showing a peak between 125 ppm and 135 ppm means that the carbon material-containing material contains a carbon material containing at least sp2 carbon.

本発明の炭素材料含有材料は、好ましくは、13C-NMR分析において、140ppm~160ppmの間にピークを示す。13C-NMR分析において、140ppm~160ppmの間にピークを示すことは、C-O結合の存在を意味している。したがって、13C-NMR分析において、140ppm~160ppmの間にピークを示すことは、代表的には、無機物の最表面に「酸素を有する基」(例えば、無機酸化物由来の酸素を有する基、金属水酸基など)を有していて、その酸素と、炭素材料の炭素とが、共有結合していることを意味する。 The carbon material-containing material of the present invention preferably exhibits a peak between 140 ppm and 160 ppm in 13 C-NMR analysis. In 13 C-NMR analysis, a peak between 140 ppm and 160 ppm means the presence of a C--O bond. Therefore, in 13 C-NMR analysis, showing a peak between 140 ppm and 160 ppm typically means that there is an "oxygen-containing group" on the outermost surface of the inorganic material (for example, an oxygen-containing group derived from an inorganic oxide, metal hydroxyl group, etc.), which means that the oxygen and carbon of the carbon material are covalently bonded.

また、本発明の炭素材料含有材料が、29Si-NMR分析において、C-O-Si結合に由来するピークを有する場合は、炭素材料の少なくとも一部とSiを有する無機物の少なくとも一部とが共有結合によって結合していることを意味する。代表的には、シリカ粒子の最表面の少なくとも一部に炭素材料の少なくとも一部が共有結合していることを意味する。 Further, when the carbon material-containing material of the present invention has a peak derived from a C-O-Si bond in 29 Si-NMR analysis, at least a part of the carbon material and at least a part of the inorganic substance containing Si are It means that they are bonded by a covalent bond. Typically, it means that at least a portion of the carbon material is covalently bonded to at least a portion of the outermost surface of the silica particle.

本発明の炭素材料含有材料において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 Regarding the film thickness of the carbon material portion of the carbon material-containing material of the present invention, please refer to <<<4. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

≪≪6.有機無機複合体≫≫
本発明の有機無機複合体は、炭素材料と無機物を含む有機無機複合体であって、該炭素材料が溶媒に可溶である。
≪≪6. Organic-inorganic composite≫≫
The organic-inorganic composite of the present invention is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic substance, and the carbon material is soluble in a solvent.

本発明の有機無機複合体において、有機無機複合体の組成、物性、および「炭素材料」については、≪≪2.炭素材料≫≫における説明、≪4-1.有機無機複合体の製造方法≫における説明を援用し得る。本発明の有機無機複合体において、「化合物(A)」については、≪1-1.化合物(A)≫における説明を援用し得る。本発明の有機無機複合体において、「無機物」については、≪3-2.無機物≫における説明を援用し得る。 Regarding the organic-inorganic composite of the present invention, the composition, physical properties, and "carbon material" of the organic-inorganic composite are described in <<<2. Explanation in carbon material≫≫, ≪4-1. The explanation in "Method for producing organic-inorganic composite" can be referred to. In the organic-inorganic composite of the present invention, "compound (A)" is described in <1-1. The explanation in Compound (A)>> can be referred to. In the organic-inorganic composite of the present invention, the "inorganic substance" is described in <<3-2. The explanation in ``Inorganic substances'' can be referred to.

本発明の有機無機複合体は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法によって製造し得る。このような製造方法は、代表的には、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)を含む。この加熱工程(I)によって、化合物(A)と無機物を含む組成物中の該化合物(A)が加熱されて炭素材料となり得る。 The organic-inorganic composite of the present invention may be produced by any appropriate method as long as the effects of the present invention are not impaired. Such a production method typically includes a heating step (I) of heating a composition containing an inorganic substance and a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating. By this heating step (I), the compound (A) in the composition containing the compound (A) and an inorganic substance is heated and can become a carbon material.

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)における加熱温度は、化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、好ましくは、(T-150)℃以上である。 The heating temperature in the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention is preferably at least (T-150)°C when the condensation reaction temperature of compound (A) is T°C. .

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)においては、加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物を加熱する。化合物(A)と無機物との配合割合は、無機物100質量%に対して、化合物(A)が、好ましくは0.01質量%~1000000質量%であり、より好ましくは0.1質量%~100000質量%であり、特に好ましくは1質量%~1000質量%である。化合物(A)と無機物との配合割合が上記範囲内にあれば、構造がより精密に制御された有機無機複合体をより温和な条件でより簡便に製造し得る。これらの無機物と化合物(A)の配合割合は、目的とする複合体の物性に応じて、任意に調整することができる。例えば、無機物と化合物(A)の配合割合を調整することにより、得られる有機無機複合体の物性、形態(例えば、溶媒への溶解性や、炭素成分または無機成分の形状(粒子状や非粒子状)、炭素成分または無機成分のサイズなど)を制御することができる。 In the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention, a composition containing an inorganic substance and a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating is heated. The blending ratio of compound (A) and inorganic substance is preferably 0.01% by mass to 1,000,000% by mass, more preferably 0.1% by mass to 100,000% by mass, relative to 100% by mass of inorganic matter. It is % by mass, particularly preferably 1% by mass to 1000% by mass. If the blending ratio of compound (A) and inorganic substance is within the above range, an organic-inorganic composite whose structure is more precisely controlled can be produced more easily under milder conditions. The blending ratio of these inorganic substances and compound (A) can be arbitrarily adjusted depending on the physical properties of the intended composite. For example, by adjusting the blending ratio of the inorganic substance and compound (A), the physical properties and form of the resulting organic-inorganic composite (for example, solubility in a solvent, the shape of the carbon component or inorganic component (particulate or non-particulate), (such as the size of the carbon component or inorganic component).

加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と無機物を含む組成物中には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、例えば、溶媒、触媒、母材、担体などが挙げられる。 The composition containing the compound (A), which undergoes a condensation reaction between the same molecules and/or different molecules upon heating, and an inorganic substance may not contain any other appropriate components as long as the effects of the present invention are not impaired. You can leave it there. Examples of such other components include a solvent, a catalyst, a base material, a carrier, and the like.

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)で加熱する組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法で調製すればよい。このような方法としては、例えば、化合物(A)と無機物とを、任意の適切な方法(例えば、破砕、粉砕など)で固体状態のまま混合する方法が挙げられる。また、化合物(A)と無機物と溶剤と、必要に応じて溶剤以外の他の成分とを、任意の適切な方法(例えば、超音波処理など)で混合し、任意の適切な方法(例えば、真空乾燥)によって溶剤を除去する方法などが挙げられる。また、必要に応じて、解砕を行ってもよい。 The composition to be heated in the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention may be prepared by any appropriate method as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such a method include a method of mixing compound (A) and an inorganic substance in a solid state by any appropriate method (eg, crushing, pulverization, etc.). Alternatively, the compound (A), the inorganic substance, the solvent, and, if necessary, other components other than the solvent may be mixed by any appropriate method (for example, ultrasonication, etc.), Examples include a method of removing the solvent by vacuum drying). Further, crushing may be performed as necessary.

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)における加熱温度は、化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、好ましくは(T-150)℃以上であり、より好ましくは(T-150~T+50)℃であり、さらに好ましくは(T-130~T+45)℃であり、さらに好ましくは(T-100~T+40)℃であり、特に好ましくは(T-80~T+35)℃であり、最も好ましくは(T-50~T+30)℃である。本発明の有機無機複合体を製造する際においては、無機物の触媒能や、無機物上の官能基と炭素材料の反応性が高いことから、上記のように化合物(A)の縮合反応温度と比べて比較的低温から反応が進行して炭素化が進み得る。加熱温度を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する有機無機複合体や、構造がより精密に制御された有機無機複合体をより温和な条件でより簡便に製造し得る。 The heating temperature in the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention is preferably (T-150) °C or higher when the condensation reaction temperature of compound (A) is T °C, More preferably (T-150 to T+50)°C, further preferably (T-130 to T+45)°C, even more preferably (T-100 to T+40)°C, particularly preferably (T-80 to T+40)°C. T+35)°C, most preferably (T-50 to T+30)°C. When producing the organic-inorganic composite of the present invention, the catalytic ability of the inorganic material and the high reactivity between the functional groups on the inorganic material and the carbon material are higher than the condensation reaction temperature of compound (A) as described above. The reaction can proceed from a relatively low temperature and carbonization can proceed. By adjusting the heating temperature within the above range, an organic-inorganic composite having solubility in a solvent or an organic-inorganic composite whose structure is more precisely controlled can be produced more easily under milder conditions.

化合物(A)の縮合反応温度は、TG-DTA分析によって決定できる。具体的には、下記の通りである。
(1)化合物(A)として1種の化合物を用いる場合には、化合物(A)のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(2)化合物(A)として2種以上の化合物の混合物を用いる場合には、該混合物のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)(2種以上の化合物の混合物)の縮合反応温度(T℃)と決定する。
(3)ただし、1種の化合物や2種以上の化合物の混合物としての化合物(A)に、例えば、溶媒や水分や水和水等の不純物が含まれている場合は、該不純物の脱離に伴うDTAピーク(不純物ピークと称することもある)が縮合反応温度よりも低温で観測されることがある。このような場合には、上記の不純物ピークは無視して、その化合物(A)の縮合反応温度を決定する。通常は、上記の不純物ピークは無視した上で、DTAの最も低温側のピークトップ温度を、その化合物(A)の縮合反応温度と決定する。
The condensation reaction temperature of compound (A) can be determined by TG-DTA analysis. Specifically, it is as follows.
(1) When one type of compound is used as compound (A), TG-DTA analysis of compound (A) is performed by heating the compound (A) from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere, The peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A).
(2) When using a mixture of two or more compounds as compound (A), perform TG-DTA analysis of the mixture by increasing the temperature from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere. , the peak top temperature at the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A) (a mixture of two or more compounds).
(3) However, if compound (A) as one type of compound or a mixture of two or more types of compounds contains impurities such as a solvent, water, or water of hydration, the impurities can be removed. A DTA peak (sometimes referred to as an impurity peak) accompanying the condensation reaction may be observed at a temperature lower than the condensation reaction temperature. In such a case, the above impurity peak is ignored and the condensation reaction temperature of the compound (A) is determined. Usually, the peak top temperature on the lowest temperature side of DTA is determined as the condensation reaction temperature of the compound (A), ignoring the impurity peaks mentioned above.

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)における加熱温度は、具体的な加熱温度として、好ましくは200℃~500℃であり、より好ましくは220℃~400℃であり、さらに好ましくは230℃~350℃であり、最も好ましくは250℃~300℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する有機無機複合体や、構造がより精密に制御された有機無機複合体をより温和な条件でより簡便に製造し得る。特に、加熱工程(I)における加熱温度がこのように低いため、有機無機複合体をより温和な条件で工業的に製造可能である。 The specific heating temperature in the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention is preferably 200°C to 500°C, more preferably 220°C to 400°C, More preferably the temperature is 230°C to 350°C, most preferably 250°C to 300°C. By adjusting the heating temperature within the above range, an organic-inorganic composite having solubility in a solvent or an organic-inorganic composite whose structure is more precisely controlled can be produced more easily under milder conditions. In particular, since the heating temperature in the heating step (I) is so low, the organic-inorganic composite can be industrially produced under milder conditions.

本発明の有機無機複合体を製造する際の加熱工程(I)における加熱時間は、具体的な加熱時間として、好ましくは0.1時間~120時間であり、より好ましくは0.5時間~100時間であり、さらに好ましくは1時間~50時間であり、最も好ましくは2時間~24時間である。加熱時間を上記範囲に調整することにより、溶媒への可溶性を有する有機無機複合体や、構造がより精密に制御された有機無機複合体をより温和な条件でより簡便に製造し得る。 The heating time in the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention is preferably 0.1 hour to 120 hours, more preferably 0.5 hour to 100 hours. The time is more preferably 1 hour to 50 hours, and most preferably 2 hours to 24 hours. By adjusting the heating time within the above range, an organic-inorganic composite having solubility in a solvent or an organic-inorganic composite having a more precisely controlled structure can be produced more easily under milder conditions.

本発明の有機無機複合体において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪2.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 In the organic-inorganic composite of the present invention, the film thickness of the carbon material portion is determined in <<<2. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

≪≪7.有機無機複合体の応用≫≫
本発明の有機無機複合体は、様々な応用展開が可能である。このような応用展開によって得られる代表的なものは、炭素材料含有粒子である。炭素材料含有材料としては、多種多様なものが挙げられ、形状としても、粒子状、非粒子状(例えば、繊維状、薄膜状など)など、各種の形状を取り得る。形状としては、粒子状が好ましい。炭素材料含有粒子としては、代表的には、コアシェル粒子、高炭素化コアシェル粒子、中空炭素微粒子、高炭素化中空炭素微粒子などが挙げられる。
≪≪7. Applications of organic-inorganic composites≫≫
The organic-inorganic composite of the present invention can be used in various applications. A typical product obtained through such application development is carbon material-containing particles. There are a wide variety of carbon material-containing materials, and they can take various shapes, such as particulate and non-particulate (for example, fibrous, thin film, etc.). The shape is preferably particulate. Typically, the carbon material-containing particles include core-shell particles, highly carbonized core-shell particles, hollow carbon fine particles, and highly carbonized hollow carbon fine particles.

≪7-1.コアシェル粒子≫
コアシェル粒子は、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、化合物(A)の加熱によって生成する炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程に付すことによって製造し得る。すなわち、加熱工程(I)を経て本発明の有機無機複合体を製造した後、本発明の有機無機複合体に含まれる炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程に付すことによって製造し得る。炭素材料除去工程においては、本発明の有機無機複合体に含まれる炭素材料を溶解する溶媒によって処理する。これにより、図2に示すように、無機物粒子20の表面に炭素材料結合領域(溶媒によって溶解しない領域)30がコーティングされたコアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)200が得られ得る。
≪7-1. Core-shell particles≫
When producing the organic-inorganic composite of the present invention, the core-shell particles are subjected to a carbon material removal step of removing at least a portion of the carbon material produced by heating the compound (A) after the heating step (I). It can be manufactured by That is, after producing the organic-inorganic composite of the present invention through the heating step (I), it is produced by subjecting it to a carbon material removal step of removing at least a part of the carbon material contained in the organic-inorganic composite of the present invention. obtain. In the carbon material removal step, treatment is performed using a solvent that dissolves the carbon material contained in the organic-inorganic composite of the present invention. As a result, as shown in FIG. 2, a core-shell particle (core part: inorganic particle, shell part: carbon material binding region) 200 in which the surface of the inorganic particle 20 is coated with a carbon material binding region (region not dissolved by a solvent) 30 is produced. can be obtained.

溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタン等が挙げられ、好ましくは、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、クロロホルムであり、より好ましくはN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンであり、特に好ましくはN-メチルピロリドンである。 Examples of the solvent include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, Examples include dichloromethane, preferably N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and chloroform, and more preferably N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. N-methylpyrrolidone is particularly preferred.

コアシェル粒子において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪2.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 Regarding the film thickness of the carbon material portion of the core-shell particle, see <<<2. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

≪7-2.高炭素化コアシェル粒子≫
高炭素化コアシェル粒子は、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、炭素材料除去工程を続いて行った後、さらに加熱する加熱工程(II)に付すことによって製造し得る。すなわち、炭素材料除去工程によって得られるコアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、シェル部分を高炭素化させ得る。これにより、高炭素化コアシェル粒子(コア部分:無機物粒子、シェル部分:高炭素化物)が得られ得る。高炭素化することで、得られた炭素材料または炭素材料複合体の強度や耐熱性を向上することができる。
≪7-2. Highly carbonized core-shell particles≫
When producing the organic-inorganic composite of the present invention, the highly carbonized core-shell particles are subjected to a heating step (II) of further heating after a carbon material removal step after the heating step (I). It can be manufactured by That is, the core-shell particles (core part: inorganic particles, shell part: carbon material bonding region) obtained by the carbon material removal step are further heated. This heating step (II) allows the shell portion to be highly carbonized. Thereby, highly carbonized core-shell particles (core part: inorganic particles, shell part: highly carbonized material) can be obtained. By increasing the carbon content, the strength and heat resistance of the obtained carbon material or carbon material composite can be improved.

加熱工程(II)における加熱温度は、コアの無機成分が耐えられる温度内であればよいが、具体的な加熱温度として、好ましくは500℃~3000℃であり、より好ましくは600℃~2500℃であり、最も好ましくは700℃~2000℃である。加熱工程(II)における加熱温度を上記範囲に調整することにより、シェル部分を効果的に高炭素化させることができる。 The heating temperature in the heating step (II) may be within a temperature range that the inorganic components of the core can withstand, but the specific heating temperature is preferably 500°C to 3000°C, more preferably 600°C to 2500°C. The temperature is most preferably 700°C to 2000°C. By adjusting the heating temperature in the heating step (II) within the above range, the shell portion can be effectively carbonized.

加熱工程(II)における加熱時間は、具体的な加熱時間として、好ましくは0.1時間~120時間であり、より好ましくは0.5時間~100時間であり、さらに好ましくは1時間~50時間であり、最も好ましくは2時間~24時間である。加熱時間を上記範囲に調整することにより、シェル部分を効果的に高炭素化させることができる。 The specific heating time in the heating step (II) is preferably 0.1 to 120 hours, more preferably 0.5 to 100 hours, and even more preferably 1 to 50 hours. and most preferably from 2 hours to 24 hours. By adjusting the heating time within the above range, the shell portion can be effectively carbonized.

高炭素化コアシェル粒子において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪2.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 Regarding the film thickness of the carbon material portion of the highly carbonized core-shell particles, see <<<2. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

≪7-3.中空炭素微粒子≫
中空炭素微粒子は、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、無機物を除去する無機物除去工程を含むことによって製造し得る(製造形態1)。すなわち、加熱工程(I)を経て有機無機複合体を製造した後、該有機無機複合体に含まれる無機物を除去する無機物除去工程に付すことによって製造し得る。
≪7-3. Hollow carbon particles≫
Hollow carbon fine particles can be produced by including an inorganic matter removal step of removing inorganic matter after the heating step (I) when producing the organic-inorganic composite of the present invention (manufacturing mode 1). That is, it can be produced by producing an organic-inorganic composite through the heating step (I) and then subjecting it to an inorganic matter removal step of removing inorganic matter contained in the organic-inorganic composite.

中空炭素微粒子は、また、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、炭素材料除去工程を続いて行った後、無機物を除去する無機物除去工程を含むことによっても製造し得る(製造形態2)。すなわち、加熱工程(I)、およびそれに続く炭素材料除去工程を経てコアシェル粒子を製造した後、該コアシェル粒子に含まれる無機物を除去する無機物除去工程に付すことによって製造し得る。 Hollow carbon fine particles can also be produced by including an inorganic matter removal step of removing inorganic matter after the heating step (I), followed by a carbon material removal step. can also be produced (manufacturing form 2). That is, it can be produced by producing core-shell particles through a heating step (I) and a subsequent carbon material removal step, and then subjecting the core-shell particles to an inorganic matter removal step of removing inorganic matter contained in the core-shell particles.

無機物除去工程における無機物の除去の方法は、例えば、炭素材料が溶解されずに無機物を溶解できる溶剤で除去する方法が挙げられる。上記のような溶解特性をもつ溶剤としては、特に限定はされないが、水系溶剤が好ましい。このように水系溶剤が好ましい理由としては、本発明の製造方法で製造される有機無機複合体に含まれる炭素材料は水に溶けにくく、一方、無機物は水(特に酸性水や塩基性水)に溶けるものが多いためである。水系溶剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の酸性水溶液;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の塩基性水溶液;などが挙げられる。また、除去工程において、温度は、特に限定はされないが、水系溶剤の溶解特性を効果的に発現させ得る点で、好ましくは0℃~150℃であり、より好ましくは20℃~100℃である。さらに、除去工程の物理的な処理としては、特に限定はされないが、除去性を効果的に発現させ得る点で、好ましくは、静置、撹拌、超音波処理、せん断操作であり、より好ましくは、撹拌、超音波処理、せん断操作である。 Examples of the method for removing inorganic substances in the inorganic substance removal step include a method of removing the inorganic substances using a solvent that can dissolve the inorganic substances without dissolving the carbon material. The solvent having the above-mentioned solubility characteristics is not particularly limited, but aqueous solvents are preferred. The reason why an aqueous solvent is preferable is that the carbon material contained in the organic-inorganic composite produced by the production method of the present invention is difficult to dissolve in water, while the inorganic material is soluble in water (particularly acidic water or basic water). This is because there are many things that can be dissolved. Examples of the aqueous solvent include acidic aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid; basic aqueous solutions such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia; and the like. In addition, in the removal step, the temperature is not particularly limited, but is preferably 0°C to 150°C, more preferably 20°C to 100°C, since it can effectively express the dissolution characteristics of the aqueous solvent. . Further, the physical treatment in the removal step is not particularly limited, but in terms of effectively achieving removability, it is preferably left standing, stirring, ultrasonication, or shearing, and more preferably , stirring, sonication, and shearing operations.

中空炭素微粒子において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪4.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 Regarding the film thickness of the carbon material portion of the hollow carbon fine particles, see ≪≪4. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

≪7-4.高炭素化中空炭素微粒子≫
高炭素化中空炭素微粒子は、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、無機物除去工程を続いて行った後、さらに加熱する加熱工程(II)を含むことによって製造し得る。すなわち、上述の製造形態1で得られる中空炭素微粒子をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、炭素材料部分を高炭素化させ得る。これにより、高炭素化中空炭素微粒子が得られ得る。高炭素化することで、得られた炭素材料または炭素材料複合体の強度や耐熱性を向上することができる。
≪7-4. Highly carbonized hollow carbon fine particles≫
When producing the organic-inorganic composite of the present invention, the highly carbonized hollow carbon fine particles may include a heating step (II) of further heating after the heating step (I), followed by an inorganic substance removal step. It can be manufactured by That is, the hollow carbon fine particles obtained in the above-mentioned production mode 1 are further heated. By this heating step (II), the carbon material portion can be highly carbonized. Thereby, highly carbonized hollow carbon fine particles can be obtained. By increasing the carbon content, the strength and heat resistance of the obtained carbon material or carbon material composite can be improved.

高炭素化中空炭素微粒子は、また、本発明の有機無機複合体を製造する際において、加熱工程(I)の後、炭素材料除去工程を続いて行った後、さらに無機物除去工程を続いて行った後、さらに加熱する加熱工程(II)を含むことによって製造し得る。すなわち、上述の製造形態2で得られる中空炭素微粒子をさらに加熱する。この加熱工程(II)により、炭素材料部分を高炭素化させ得る。 In producing the organic-inorganic composite of the present invention, the highly carbonized hollow carbon fine particles may be further subjected to a carbon material removal step after the heating step (I), and then an inorganic substance removal step. After heating, it can be manufactured by including a heating step (II) of further heating. That is, the hollow carbon fine particles obtained in the above-mentioned production mode 2 are further heated. By this heating step (II), the carbon material portion can be highly carbonized.

高炭素化中空炭素微粒子において、炭素材料部分の膜厚については、≪≪2.炭素材料含有材料の製造方法の代表例≫≫の項目において説明した内容を援用し得る。 Regarding the film thickness of the carbon material portion of the highly carbonized hollow carbon fine particles, see <<<2. The content explained in the section ≫≫ representative example of method for producing carbon material-containing material may be used.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味する。また、本明細書において、「質量」は「重量」と読み替えても良い。ただし、本明細書中のC1sXPSに係る部分の%は原子%を意味する。なお、実施例25~32を参考例1~8と読み替えるものとする。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In addition, unless otherwise specified, "part" means "part by mass" and "%" means "% by mass." Moreover, in this specification, "mass" may be read as "weight." However, % in the portion related to C1sXPS in this specification means atomic %. Note that Examples 25 to 32 are to be read as Reference Examples 1 to 8.

<ラマン分光分析>
ラマン分光分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:顕微ラマン(日本分光NRS-3100)
測定条件:532nmレーザー使用、対物レンズ20倍、CCD取り込み時間1秒、積算64回(分解能=4cm-1)
なおラマン分析においてG’バンド、D+D’バンドは重なって現れることがあり、D+D’バンドが特にショルダーを持つブロードなピークとして分析されることがある。この場合はショルダーピークの変曲点をG’バンドのピークとみなす。
<Raman spectroscopy>
Raman spectroscopic analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Raman microscope (JASCO NRS-3100)
Measurement conditions: 532nm laser used, objective lens 20x, CCD capture time 1 second, 64 times total (resolution = 4cm-1)
Note that in Raman analysis, the G' band and the D+D' band may appear overlapping each other, and the D+D' band may be analyzed as a particularly broad peak with a shoulder. In this case, the inflection point of the shoulder peak is regarded as the peak of the G' band.

<XRD分析>
XRD測定は、全自動水平型X線回折装置(リガク社製、SMART LAB)を用いて、以下の条件により行った。
CuKα1線:0.15406nm
走査範囲:10°-90°
X線出力設定:45kV-200mA
ステップサイズ:0.020°
スキャン速度:0.5°min-1-4°min-1
なお、XRD測定は、試料をグローブボックス中にて気密試料台に装填することにより、不活性雰囲気を保った状態で行った。
<XRD analysis>
The XRD measurement was performed using a fully automatic horizontal X-ray diffraction device (SMART LAB, manufactured by Rigaku Corporation) under the following conditions.
CuKα1 line: 0.15406nm
Scanning range: 10°-90°
X-ray output setting: 45kV-200mA
Step size: 0.020°
Scan speed: 0.5°min -1 -4°min -1
Note that the XRD measurement was performed in a state where an inert atmosphere was maintained by loading the sample onto an airtight sample stage in a glove box.

<C1sXPS分析>
C1sXPS測定は、光電子分光装置(AXIS-ULTRA、島津製作所製)を用いて、以下の条件により行った。
ソース:Mg(デュアルノード)
エミッション:10mA
アノード:10kV
アナライザー:Pass Energy:40
測定範囲:C1s:296~270eV
積算回数:10回
解析条件:C1s軌道に由来するピークを官能基ごとに、下記に記載のエネルギーでピーク分離し、各面積から割合を算出した。官能基の種類は(1)-COO-、ラクトン、および一部のケトン@288.3eV、(2)C=Oおよびエポキシ基@286.2eV、(3)C-OHおよびC-O-C@285.6eV、(4)6員環性C=C@284.3eV、(5)C-C、C-Hおよび5員環性C=C@283.6eVの5ピークで分離した。ただし、割合算出上(4)と(5)はまとめて計算した。なおC1sXPSに係る部分の%は原子%を意味する。なお、表には、(1)、(2)、(3)のそれぞれに対応するピークの割合を(A)、(B)、(C)で示し、(4)および(5)に対応するピークの合計割合を(D)で示した。
<C1sXPS analysis>
The C1sXPS measurement was performed using a photoelectron spectrometer (AXIS-ULTRA, manufactured by Shimadzu Corporation) under the following conditions.
Source: Mg (dual node)
Emission: 10mA
Anode: 10kV
Analyzer: Pass Energy: 40
Measurement range: C1s: 296-270eV
Number of integrations: 10 Analysis conditions: Peaks derived from the C1s orbit were separated for each functional group using the energy described below, and the ratio was calculated from each area. Types of functional groups are (1) -COO-, lactones, and some ketones @288.3eV, (2) C=O and epoxy groups @286.2eV, (3) C-OH and C-O-C It was separated into five peaks: (4) 6-membered cyclic C=C@284.3eV, (5) CC, CH, and 5-membered cyclic C=C@283.6eV. However, for calculating the ratio, (4) and (5) were calculated together. Note that % of the portion related to C1sXPS means atomic %. In addition, in the table, the proportions of peaks corresponding to (1), (2), and (3) are shown as (A), (B), and (C), and the proportions of peaks corresponding to (4) and (5) are shown as (A), (B), and (C). The total percentage of peaks is shown in (D).

<TG-DTA分析>
TG-DTA分析は、以下の装置、条件により行った。
測定装置:示唆熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製、TG/DTA6200)
化合物(A)の縮合反応温度の決定は、下記のように行った。
(1)化合物(A)として1種の化合物を用いる場合には、化合物(A)のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)の縮合反応温度(T℃)と決定した。
(2)化合物(A)として2種以上の化合物の混合物を用いる場合には、該混合物のTG-DTA分析を、窒素ガス雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で昇温し、DTAの最も低温側のピークトップ温度を化合物(A)(2種以上の化合物の混合物)の縮合反応温度(T℃)と決定した。
(3)ただし、1種の化合物や2種以上の化合物の混合物としての化合物(A)に、例えば、溶媒や水分や水和水等の不純物が含まれている場合は、該不純物の脱離に伴うDTAピーク(不純物ピークと称することもある)が縮合反応温度よりも低温で観測されることがある。このような場合には、上記の不純物ピークは無視して、その化合物(A)の縮合反応温度を決定した。具体的には、上記の不純物ピークは無視した上で、DTAの最も低温側のピークトップ温度を、その化合物(A)の縮合反応温度と決定した。
有機無機複合体の酸化開始温度は、空気雰囲気下、40℃から、昇温速度10℃/分で行い、DTAの立ち上がり温度のうち、最も低温側のDTAの立ち上がり温度より推定した。
<TG-DTA analysis>
TG-DTA analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Simultaneous thermogravimetric measurement device (Seiko Instruments, TG/DTA6200)
The condensation reaction temperature of compound (A) was determined as follows.
(1) When one type of compound is used as compound (A), TG-DTA analysis of compound (A) is performed by heating from 40°C at a temperature increase rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere, The peak top temperature on the lowest temperature side of DTA was determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A).
(2) When using a mixture of two or more compounds as compound (A), perform TG-DTA analysis of the mixture by increasing the temperature from 40°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen gas atmosphere. The peak top temperature at the lowest temperature side of DTA was determined as the condensation reaction temperature (T° C.) of compound (A) (a mixture of two or more compounds).
(3) However, if compound (A) as one type of compound or a mixture of two or more types of compounds contains impurities such as a solvent, water, or water of hydration, the impurities can be removed. A DTA peak (sometimes referred to as an impurity peak) accompanying the condensation reaction may be observed at a temperature lower than the condensation reaction temperature. In such a case, the above impurity peak was ignored and the condensation reaction temperature of the compound (A) was determined. Specifically, the peak top temperature on the lowest temperature side of DTA was determined as the condensation reaction temperature of the compound (A), ignoring the above impurity peak.
The oxidation start temperature of the organic-inorganic composite was estimated from the temperature rise temperature of the lowest DTA among the DTA rise temperatures, which was carried out from 40°C in an air atmosphere at a heating rate of 10°C/min.

<IR分析>
FT-IR分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光製FT/IR-4200)
測定条件:拡散反射(DRIFT)法、MCT検出器、分解能4cm-1、積算回数128回
サンプル条件:試料とKBrを重量比=1:50で混合したものを使用した。
<IR analysis>
FT-IR analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Fourier transform infrared spectrophotometer (JASCO Corporation FT/IR-4200)
Measurement conditions: Diffuse reflection (DRIFT) method, MCT detector, resolution 4 cm -1, number of integrations 128 times Sample conditions: A mixture of the sample and KBr at a weight ratio of 1:50 was used.

13C-NMRおよび29Si-NMRの測定>
13C-NMRおよび29Si-NMRの測定は、以下の装置、条件により行った。
装置:Bruker Avance NEO 400MHz/263GHz 9.4T DNP system
プローブ:2ch 3.2mm DNPプローブ
サンプル管:3.2mmサファイアローター+テフロンインサート+ジルコニアキャップ
測定温度:105K~107K
マジックアングルスピニング(MAS):10kHz
パルスプログラム:CP(1H-13C、1H-29Si)
CPコンタクトタイム:3ms
サンプル調製条件:40mgサンプル+20μLTEKPol/1,1,2,2-tetrachloroethane(16mM)
<Measurement of 13 C-NMR and 29 Si-NMR>
13 C-NMR and 29 Si-NMR measurements were performed using the following equipment and conditions.
Equipment: Bruker Avance NEO 400MHz/263GHz 9.4T DNP system
Probe: 2ch 3.2mm DNP probe Sample tube: 3.2mm sapphire rotor + Teflon insert + zirconia cap Measurement temperature: 105K to 107K
Magic Angle Spinning (MAS): 10kHz
Pulse program: CP (1H- 13 C, 1H- 29 Si)
CP contact time: 3ms
Sample preparation conditions: 40mg sample + 20μL TEKPol/1,1,2,2-tetrachloroethane (16mM)

<分子量の測定>
分子量の測定は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、東ソー株式会社製HLC-8220GPC)を用いて、各炭素材料が0.02質量%となるようN,N-ジメチルホルムアミド(0.1%LiBr含有)に混合し、1時間超音波処理後、PTFE製濾紙(0.45μm)に通して前処理したのち、濾液をN,N-ジメチルホルムアミド(0.1%LiBr含有)を展開溶媒に使用し、ポリスチレン換算で分子量を算出した。炭素材料中の最大分子量はピークの立ち上がり点から算出した。
<Measurement of molecular weight>
The molecular weight was measured using gel permeation chromatography (GPC, HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation) using N,N-dimethylformamide (containing 0.1% LiBr) so that each carbon material was 0.02% by mass. After 1 hour of ultrasonic treatment, the filtrate was passed through a PTFE filter paper (0.45 μm) for pretreatment, and N,N-dimethylformamide (containing 0.1% LiBr) was used as a developing solvent. The molecular weight was calculated in terms of polystyrene. The maximum molecular weight in the carbon material was calculated from the rising point of the peak.

<熱伝導特性(熱拡散率、熱伝導率)の測定>
熱伝導特性としての熱拡散率は、株式会社アイフェイズ社製M3type2を用いて、膜の厚み方向の熱拡散率を測定した。熱伝導特性としての熱伝導率は、膜の比熱×密度×熱拡散率から計算した。
<Measurement of thermal conductivity properties (thermal diffusivity, thermal conductivity)>
The thermal diffusivity as a thermal conductivity characteristic was measured by measuring the thermal diffusivity in the thickness direction of the film using M3 type 2 manufactured by I-Phase Co., Ltd. Thermal conductivity as a thermal conductive property was calculated from the specific heat of the film×density×thermal diffusivity.

<SPS焼結>
SPS焼結は以下の装置、条件で行った。
装置:株式会社シンターランド・LABOX-125C
雰囲気:真空下
昇温:10℃/min(~5Paから昇温)
焼結温度:610℃
保持時間:5分
加圧:50MPa(昇温~焼結まで)
冷却:無加圧・自然冷却
<SPS sintering>
SPS sintering was performed using the following equipment and conditions.
Equipment: Sinterland Co., Ltd. LABOX-125C
Atmosphere: Under vacuum Temperature increase: 10℃/min (temperature increase from ~5Pa)
Sintering temperature: 610℃
Holding time: 5 minutes Pressure: 50MPa (from temperature rise to sintering)
Cooling: No pressure/natural cooling

<粉体抵抗の測定>
粉体抵抗は、4mmのテフロン板に1cm角の穴をあけ、その穴に粉体を充填し、両側から銅電極で挟み込み、粉体の抵抗を測定した。用いた装置は、テクトロニクス社製高抵抗率計6517BJで、印加電圧10Vで測定した。
<Measurement of powder resistance>
Powder resistance was measured by making a 1 cm square hole in a 4 mm Teflon plate, filling the hole with powder, and sandwiching it between copper electrodes from both sides. The device used was a high resistivity meter 6517BJ manufactured by Tektronix, and the measurement was performed at an applied voltage of 10V.

<元素構成比>
Exeter Analytical, Inc.社製の元素分析装置(CE-440F)によりC、H、Oの元素分析を行い、得られた結果に基づき、原子数比を求めた。
<Element composition ratio>
Exeter Analytical, Inc. Elemental analysis of C, H, and O was performed using an elemental analyzer (CE-440F) manufactured by Co., Ltd., and the atomic ratio was determined based on the obtained results.

<実施例1~8における炭素材料の収率>
フロログルシノール100質量部に対して、得られた炭素材料(生成物)がX質量部である場合、炭素材料の収率をX(%)とした。
<Yield of carbon material in Examples 1 to 8>
When the obtained carbon material (product) was X parts by mass based on 100 parts by mass of phloroglucinol, the yield of the carbon material was defined as X (%).

<固体13C-DD/MAS-NMR分析>
Bruker Corp.社製のNMR装置(AvanceIII 600)を用いて分析した。
<Solid 13C -DD/MAS-NMR analysis>
Bruker Corp. The analysis was performed using an NMR device (Avance III 600) manufactured by Co., Ltd.

〔実施例1〕:フロログルシノール+シリカ粒子+250℃×1時間
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):理論比表面積750m/gがシリカ粒子に対して1.5層分となるようにシリカ粒子(富士シリシア化学株式会社製、商品名「Q-10HT60315」、比表面積259m/g)と十分に混合した。
得られた混合物を石英アンプル管に真空封入した後、あらかじめ250℃に加熱していた電気炉にて1時間加熱した。
これにより、炭素材料(1A)と無機酸化物(1B)を含む有機無機複合体(1)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(1A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(1)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(1)のC1sXPS分析の結果を図3(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(1)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は26%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は62%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は16%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
フロログルシノールの、窒素ガス雰囲気下、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、温度50℃における初期重量M50に対する温度500℃における重量M500の重量比(M500/M50)が0.49であった。このことから、フロログルシノールは炭素化後も十分に無機酸化物上に存在し得ることがわかる。
得られた有機無機複合体(1)のTG-DTA分析におけるDTA分析の結果を図4に示す。図4によれば、有機無機複合体(1)は、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が200℃であった。このことから、耐酸化性が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(1)のIR分析を行った結果を図5に示す。図5によれば、有機無機複合体(1)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
さらに、得られた有機無機複合体(1)のラマンスペクトルを図6に示す。ラマンスペクトルにおいて1365cm-1、1590cm-1、2650cm-1、2835cm-1にピークを有することから、炭素材料(1A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 1]: Phloroglucinol + silica particles + 250°C x 1 hour Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): Theoretical specific surface area of 750 m 2 /g is silica The particles were thoroughly mixed with silica particles (manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., trade name "Q-10HT60315", specific surface area 259 m 2 /g) so as to form 1.5 layers per particle.
The resulting mixture was vacuum sealed in a quartz ampoule tube, and then heated for 1 hour in an electric furnace that had been previously heated to 250°C.
Thereby, an organic-inorganic composite (1) containing a carbon material (1A) and an inorganic oxide (1B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (1A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (1) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (1) are shown in FIG. 3 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (1) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 26%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 62%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 16%. This shows that the structural control rate is high.
The weight ratio of the weight M500 at a temperature of 500°C to the initial weight M50 at a temperature of 50°C (M500/M50 ) was 0.49. This shows that phloroglucinol can sufficiently exist on the inorganic oxide even after carbonization.
The results of DTA analysis in the TG-DTA analysis of the obtained organic-inorganic composite (1) are shown in FIG. According to FIG. 4, the organic-inorganic composite (1) was oxidized as indicated by the rise temperature of DTA when TG-DTA analysis was performed under the conditions of increasing the temperature from 40°C to 10°C/min in an air atmosphere. The starting temperature was 200°C. This shows that the oxidation resistance is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (1) are shown in FIG. According to FIG. 5, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (1), there is no peak at 1660 cm -1 to 1800 cm -1 derived from the C=O structure, and the structure is highly controlled.
Furthermore, the Raman spectrum of the obtained organic-inorganic composite (1) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1365 cm -1 , 1590 cm -1 , 2650 cm -1 , and 2835 cm -1 , the carbon material (1A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Furthermore, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be manufactured industrially under mild conditions.

〔実施例2〕フロログルシノール+アルミナ粒子+250℃×1時間
シリカ粒子をアルミナ粒子(一般社団法人触媒学会無償配布試料「JRC-ALO7」、比表面積180m/g)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(2A)と無機酸化物(2B)を含む有機無機複合体(2)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(2A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(2)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(2)のC1sXPS分析の結果を図3(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(2)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は29%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は59%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は17%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
得られた有機無機複合体(2)のTG-DTA分析におけるDTA分析の結果を図4に示す。図4によれば、有機無機複合体(2)は、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が230℃であった。このことから、耐酸化性が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(2)のIR分析を行った結果を図5に示す。図5によれば、有機無機複合体(2)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが存在しており、C1sXPSによる構造制御率は高いが、FT-IR分析による構造制御率はやや低い。
さらに、得られた有機無機複合体(2)のラマンスペクトルを図6に示す。ラマンスペクトルにおいて1340cm-1、1585cm-1、2650cm-1、2835cm-1にピークを有することから、炭素材料(2A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 2] Phloroglucinol + alumina particles + 250°C x 1 hour Except for changing the silica particles to alumina particles (Japan Catalysis Society free distribution sample "JRC-ALO7", specific surface area 180 m 2 /g) The same procedure as in Example 1 was carried out to obtain an organic-inorganic composite (2) containing a carbon material (2A) and an inorganic oxide (2B).
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (2A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (2) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (2) are shown in FIG. 3 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (2) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bond, C=C bond, C-H bond, The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 29%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 59%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 17%. This shows that the structural control rate is high.
The results of DTA analysis in the TG-DTA analysis of the obtained organic-inorganic composite (2) are shown in FIG. According to FIG. 4, the organic-inorganic composite (2) was oxidized as indicated by the rise temperature of DTA when TG-DTA analysis was performed under the temperature increasing conditions of 10°C/min from 40°C in an air atmosphere. The starting temperature was 230°C. This shows that the oxidation resistance is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (2) are shown in FIG. According to FIG. 5, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (2), there is a peak at 1660 cm -1 to 1800 cm -1 derived from the C=O structure, and although the structural control rate by C1sXPS is high, The structural control rate by FT-IR analysis is rather low.
Furthermore, the Raman spectrum of the obtained organic-inorganic composite (2) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1340 cm -1 , 1585 cm -1 , 2650 cm -1 , and 2835 cm -1 , the carbon material (2A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例3〕フロログルシノール+チタニア粒子+250℃×1時間
シリカ粒子をチタニア粒子(一般社団法人触媒学会無償配布試料「JRC-TIO-4(2)」、比表面積50m/g)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(3A)と無機酸化物(3B)を含む有機無機複合体(3)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(3A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(3)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(3)のC1sXPS分析の結果を図3(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(3)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は27%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は56%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は15%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
得られた有機無機複合体(3)のTG-DTA分析におけるDTA分析の結果を図4に示す。図4によれば、有機無機複合体(3)は、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が200℃であった。このことから、耐酸化性が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(3)のIR分析を行った結果を図5に示す。図5によれば、有機無機複合体(3)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが存在しており、C1sXPSによる構造制御率は高いが、FT-IR分析による構造制御率はやや低い。
さらに、得られた有機無機複合体(3)のラマンスペクトルを図6に示す。ラマンスペクトルにおいて1340cm-1、1580cm-1、2650cm-1、2820cm-1にピークを有することから、炭素材料(3A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 3] Phloroglucinol + titania particles + 250°C x 1 hour Changed silica particles to titania particles (Japan Catalysis Society free distribution sample "JRC-TIO-4 (2)", specific surface area 50 m 2 /g) Except for the above, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain an organic-inorganic composite (3) containing a carbon material (3A) and an inorganic oxide (3B).
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (3A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (3) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (3) are shown in FIG. 3 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (3) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 27%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 56%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 15%. This shows that the structural control rate is high.
The results of DTA analysis in the TG-DTA analysis of the obtained organic-inorganic composite (3) are shown in FIG. According to FIG. 4, the organic-inorganic composite (3) was oxidized as indicated by the rise temperature of DTA when TG-DTA analysis was performed under heating conditions of 10°C/min from 40°C in an air atmosphere. The starting temperature was 200°C. This shows that the oxidation resistance is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (3) are shown in FIG. According to FIG. 5, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (3), there is a peak at 1660 cm -1 to 1800 cm -1 derived from the C=O structure, and although the structural control rate by C1sXPS is high, The structural control rate by FT-IR analysis is rather low.
Furthermore, the Raman spectrum of the obtained organic-inorganic composite (3) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1340 cm -1 , 1580 cm -1 , 2650 cm -1 , and 2820 cm -1 , the carbon material (3A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例4〕フロログルシノール+ヘテロポリ酸粒子(HPW)+250℃×1時間
シリカ粒子をヘテロポリ酸粒子としてHPW(富士フイルム和光純薬株式会社製、12-タングスト(VI)リン酸n水和物、比表面積278m/g)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(4A)と無機酸化物(4B)を含む有機無機複合体(4)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(4A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(4)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(4)のC1sXPS分析の結果を図3(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(4)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は29%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は76%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は22%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
得られた有機無機複合体(4)のTG-DTA分析におけるDTA分析の結果を図4に示す。図4によれば、有機無機複合体(4)は、空気雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によってTG-DTA分析を行ったときの、DTAの立ち上がり温度で示される酸化開始温度が300℃であった。このことから、耐酸化性が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(4)のIR分析を行った結果を図5に示す。図5によれば、有機無機複合体(4)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
さらに、得られた有機無機複合体(4)のラマンスペクトルを図6に示す。ラマンスペクトルにおいて1350cm-1、1585cm-1、2650cm-1、2810cm-1にピークを有することから、炭素材料(4A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。また、炭素材料(4A)部分の分子量を測定したところ、重量平均分子量は8000、最大分子量は50000であった。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 4] Phloroglucinol + heteropolyacid particles (HPW) + 250°C x 1 hour HPW (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 12-tungst (VI) phosphate n-hydrate) using silica particles as heteropolyacid particles , specific surface area of 278 m 2 /g) was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain an organic-inorganic composite (4) containing a carbon material (4A) and an inorganic oxide (4B).
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (4A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (4) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (4) are shown in FIG. 3 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (4) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 29%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 76%. The ratio of the total amount of ether-derived C--O bonds and alcohol-derived C--O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 22%. This shows that the structural control rate is high.
The results of DTA analysis in the TG-DTA analysis of the obtained organic-inorganic composite (4) are shown in FIG. According to FIG. 4, the organic-inorganic composite (4) was oxidized as indicated by the rise temperature of DTA when TG-DTA analysis was performed under heating conditions of 10°C/min from 40°C in an air atmosphere. The starting temperature was 300°C. This shows that the oxidation resistance is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (4) are shown in FIG. According to FIG. 5, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (4), there is no peak at 1660 cm -1 to 1800 cm -1 derived from the C=O structure, and the structure is highly controlled.
Furthermore, the Raman spectrum of the obtained organic-inorganic composite (4) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1350 cm -1 , 1585 cm -1 , 2650 cm -1 , and 2810 cm -1 , the carbon material (4A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material. Further, when the molecular weight of the carbon material (4A) portion was measured, the weight average molecular weight was 8,000 and the maximum molecular weight was 50,000.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例5〕フロログルシノール+ヘテロポリ酸粒子(HPMo)+250℃×1時間
シリカ粒子をヘテロポリ酸粒子としてHPMo(富士フイルム和光純薬株式会社製、12-モリブド(VI)リン酸n水和物)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(5A)と無機酸化物(5B)を含む有機無機複合体(5)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(5A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(5)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(5)のC1sXPS分析の結果を図7(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(5)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は27%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は63%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は17%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(5)のIR分析を行った結果を図8に示す。図8によれば、有機無機複合体(5)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 5] Phloroglucinol + heteropolyacid particles (HPMo) + 250°C x 1 hour HPMo (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 12-molybdo(VI) phosphate n-hydrate) using silica particles as heteropolyacid particles ) was carried out in the same manner as in Example 1, to obtain an organic-inorganic composite (5) containing a carbon material (5A) and an inorganic oxide (5B).
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (5A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (5) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (5) are shown in FIG. 7 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (5) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 27%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 63%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 17%. This shows that the structural control rate is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (5) are shown in FIG. According to FIG. 8, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (5), there is no peak at 1660 cm -1 to 1800 cm -1 derived from the C=O structure, and the structure is highly controlled.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Furthermore, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be manufactured industrially under mild conditions.

〔実施例6〕フロログルシノール+ヘテロポリ酸粒子(HSiW)+250℃×1時間
シリカ粒子をヘテロポリ酸粒子としてHSiW(日本新金属株式会社製、ケイタングステン酸)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(6A)と無機酸化物(6B)を含む有機無機複合体(6)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(6A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(6)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(6)のC1sXPS分析の結果を図7(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(6)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は29%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は72%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は21%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(6)のIR分析を行った結果を図8に示す。図8によれば、有機無機複合体(6)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 6] Phloroglucinol + heteropolyacid particles (HSiW) + 250°C x 1 hour Same as Example 1 except that the silica particles were changed to HSiW (manufactured by Nippon Shinkinzoku Co., Ltd., silicotungstic acid) as heteropolyacid particles. In the same manner, an organic-inorganic composite (6) containing a carbon material (6A) and an inorganic oxide (6B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (6A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (6) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (6) are shown in FIG. 7 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (6) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bond, C=C bond, C-H bond, The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 29%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 72%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 21%. This shows that the structural control rate is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (6) are shown in FIG. According to FIG. 8, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (6), there is no peak at 1660 cm −1 to 1800 cm −1 derived from the C═O structure, and the structure is highly controlled.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例7〕フロログルシノール+ヘテロポリ酸粒子(HPVMo)+250℃×1時間
シリカ粒子をヘテロポリ酸粒子としてHPVMo(日本新金属株式会社製、リンバナドモリブデン酸)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(7A)と無機酸化物(7B)を含む有機無機複合体(7)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(7A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(7)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(7)のC1sXPS分析の結果を図7(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(7)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は29%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は55%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は16%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(7)のIR分析を行った結果を図8に示す。図8によれば、有機無機複合体(7)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 7] Phloroglucinol + heteropolyacid particles (HPVMo) + 250°C x 1 hour Example 1 except that the silica particles were changed to HPVMo (linvanadomolybdic acid, manufactured by Nippon Shinkin Metal Co., Ltd.) as heteropolyacid particles. In the same manner as above, an organic-inorganic composite (7) containing a carbon material (7A) and an inorganic oxide (7B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (7A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (7) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (7) are shown in FIG. 7 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (7) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bond, C=C bond, C-H bond, The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 29%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 55%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 16%. This shows that the structural control rate is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (7) are shown in FIG. According to FIG. 8, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (7), there is no peak at 1660 cm −1 to 1800 cm −1 derived from the C═O structure, and the structure is highly controlled.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例8〕フロログルシノール+ヘテロポリ酸粒子(HPWMo)+250℃×1時間
シリカ粒子をヘテロポリ酸粒子としてHPWMo(日本新金属株式会社製、リンタングストモリブデン酸)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、炭素材料(8A)と無機酸化物(8B)を含む有機無機複合体(8)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(8A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(8)をNMP(N-メチルピロリドン)に分散させ、前述の手法により炭素成分の溶解性を確認したところ、溶媒に可溶であった。
得られた有機無機複合体(8)のC1sXPS分析の結果を図7(XPSスペクトル(C1s))、表1に示す。表1から、有機無機複合体(8)が炭素材料と無機酸化物を含む有機無機複合体であることがわかり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対する全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量の割合は27%であり、全炭素-酸素結合(C-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は70%であり、全炭素結合(C-C結合とC=C結合とC-H結合とC-O結合とC=O結合)の合計量に対するエーテル由来のC-O結合とアルコール由来のC-O結合の合計量の割合は19%であった。このことから、構造制御率が高いことがわかる。
さらに、得られた有機無機複合体(8)のIR分析を行った結果を図8に示す。図8によれば、有機無機複合体(8)のIRスペクトルにおいては、C=O構造に由来する1660cm-1~1800cm-1にピークが無く、高く構造が制御できている。
以上のように、本発明の製造方法によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造できる。また、以上のように、本発明によれば、溶媒に可溶であり、構造が精密に制御された、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができる。
[Example 8] Phloroglucinol + heteropolyacid particles (HPWMo) + 250°C x 1 hour Example 1 except that the silica particles were changed to HPWMo (phosphotungstomolybdic acid, manufactured by Nippon Shinkinzoku Co., Ltd.) as heteropolyacid particles. In the same manner as above, an organic-inorganic composite (8) containing a carbon material (8A) and an inorganic oxide (8B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (8A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (between C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
When the organic-inorganic composite (8) was dispersed in NMP (N-methylpyrrolidone) and the solubility of the carbon component was confirmed by the method described above, it was found to be soluble in the solvent.
The results of C1sXPS analysis of the obtained organic-inorganic composite (8) are shown in FIG. 7 (XPS spectrum (C1s)) and Table 1. From Table 1, it can be seen that the organic-inorganic composite (8) is an organic-inorganic composite containing a carbon material and an inorganic oxide, and all carbon bonds (C-C bonds, C=C bonds, C-H bonds, and The ratio of the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) to the total amount of all carbon-oxygen bonds (C-O bonds and C=O bonds) is 27%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of all carbon bonds (C-C bonds and C=C bonds) is 70%. The ratio of the total amount of ether-derived C-O bonds and alcohol-derived C-O bonds to the total amount of C--H bonds, C--O bonds, and C=O bonds was 19%. This shows that the structural control rate is high.
Furthermore, the results of IR analysis of the obtained organic-inorganic composite (8) are shown in FIG. According to FIG. 8, in the IR spectrum of the organic-inorganic composite (8), there is no peak at 1660 cm −1 to 1800 cm −1 derived from the C=O structure, and the structure is highly controlled.
As described above, according to the production method of the present invention, a carbon material-containing material that is soluble in a solvent and has a precisely controlled structure can be easily produced under mild conditions. Further, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is soluble in a solvent, has a precisely controlled structure, and can be industrially manufactured under mild conditions.

〔実施例9〕:フロログルシノール+シリカ粒子+300℃×3時間、中空炭素微粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):300mgを3gのイソプロピルアルコールに溶解し、そこにシリカ球状微粒子(株式会社日本触媒製、平均粒子径:0.19μm):1000mgを加え、超音波処理によって十分に混合した。
得られた混合物から常温真空乾燥によってイソプロピルアルコールを除去し、残った塊状物を解砕した後、300℃にて3時間加熱した。
これにより、炭素材料(9A)と無機酸化物(9B)を含む有機無機複合体(9)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(9A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(9)のラマンスペクトルを図9に示した。ラマンスペクトルにおいて1375cm-1、1600cm-1、2700cm-1、2890cm-1にピークを有することから、炭素材料(9A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。また、炭素材料(9A)部分の分子量を測定したところ、重量平均分子量は200000、最大分子量は1100000であった。
得られた有機無機複合体(9)をNMP(N-メチルピロリドン)にて処理した。これにより、炭素材料(9A)が除去され、無機酸化物(9B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(9)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(9)をさらに700℃で1時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(9)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(9)のSEM写真を図10に示し、高炭素化コアシェル粒子(9)の表面のラマンスペクトルを図11に示した。図10、図11により、高炭素化コアシェル粒子(9)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
高炭素化コアシェル粒子(9)の13C-NMRおよび29Si-NMR分析結果を図12、図13に示した。まず13C-NMRから129ppmのピークおよび140ppm~160ppmにかけてショルダーピークが確認できた。これはsp2炭素の存在(129ppm)および無機物表面の酸素原子と炭素材料由来の炭素原子の結合(140ppm~160ppm)に由来すると考えられる。後述する比較例3においては、sp2炭素が形成せず、sp3炭素が主となり、溶媒ピークに隠れていると考えられる。また、29Si-NMRから原料のシリカ球状微粒子および後述する比較例3と比較してSi-O-C結合に由来するピークが確認できていることから、炭素材料由来の炭素原子と無機物最表面の原子との共有結合が形成されていることがわかった。なお、上述のように、無機物最表面のみとの共有結合であるので、ピーク強度は小さく、ショルダーピークとして確認できた。
高炭素化コアシェル粒子(9)の粉体抵抗を測定したところ、3×10Ωcmであった。原料のシリカ球状微粒子の粉末抵抗は1014Ωcmオーダーであるため、コアシェル粒子とすることで9ケタ程度、導電性を向上できることがわかった。
高炭素化コアシェル粒子(9)の炭素部分の膜厚を、TG-DTA分析から推定した。推定方法は、空気雰囲気下、原料のシリカ球状微粒子および高炭素化コアシェル粒子(9)をそれぞれ室温から1000℃まで10℃/分で昇温し、炭素成分を燃焼させ、原料のシリカ球状微粒子と高炭素化コアシェル粒子(9)で差分をとることで炭素成分の量を分析した。上記方法によると高炭素化コアシェル粒子(9)の炭素成分は1.39質量%となった。球状シリカ粒子の直径を0.19μm、炭素成分の密度を2として計算すると炭素成分の平均膜厚は0.49nmであった。
コアシェル粒子(9)500mgを10%水酸化ナトリウム水溶液にて5時間超音波洗浄し、濾過することにより、中空炭素微粒子(9)が20mg得られた。濾液は無色透明であったことと、除去量から考えて、炭素成分のみが残り、内部の無機成分が除去できたことから、中空構造を有する中空炭素微粒子(9)の形成が達成されたと考えられる。
[Example 9]: Phloroglucinol + silica particles + 300°C x 3 hours, hollow carbon fine particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 300 mg to 3 g of isopropyl It was dissolved in alcohol, and 1000 mg of silica spherical fine particles (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., average particle diameter: 0.19 μm) was added thereto, and thoroughly mixed by ultrasonication.
Isopropyl alcohol was removed from the resulting mixture by vacuum drying at room temperature, the remaining lumps were crushed, and then heated at 300° C. for 3 hours.
Thereby, an organic-inorganic composite (9) containing a carbon material (9A) and an inorganic oxide (9B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (9A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The Raman spectrum of the organic-inorganic composite (9) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1375 cm -1 , 1600 cm -1 , 2700 cm -1 , and 2890 cm -1 , the carbon material (9A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material. Further, when the molecular weight of the carbon material (9A) portion was measured, the weight average molecular weight was 200,000 and the maximum molecular weight was 1,100,000.
The obtained organic-inorganic composite (9) was treated with NMP (N-methylpyrrolidone). As a result, the carbon material (9A) is removed, and the core-shell particles (9) are coated with a carbon material bonding region on the surface of the inorganic oxide (9B) (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material bonding region). )was gotten.
The core-shell particles (9) were further calcined at 700°C for 1 hour. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (9) were obtained. A SEM photograph of the highly carbonized core-shell particles (9) is shown in FIG. 10, and a Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (9) is shown in FIG. It can be seen from FIGS. 10 and 11 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (9) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.
The 13 C-NMR and 29 Si-NMR analysis results of the highly carbonized core-shell particles (9) are shown in FIGS. 12 and 13. First, from 13 C-NMR, a peak at 129 ppm and a shoulder peak from 140 ppm to 160 ppm were confirmed. This is considered to be due to the presence of sp2 carbon (129 ppm) and the bond between oxygen atoms on the surface of the inorganic substance and carbon atoms derived from the carbon material (140 ppm to 160 ppm). In Comparative Example 3, which will be described later, it is thought that sp2 carbon is not formed and sp3 carbon is the main component, hidden behind the solvent peak. In addition, from the 29 Si-NMR, a peak derived from the Si-O-C bond was confirmed in comparison with the raw material silica spherical fine particles and Comparative Example 3 described later. It was found that covalent bonds are formed with the atoms of Note that, as mentioned above, since the covalent bond was only with the outermost surface of the inorganic substance, the peak intensity was small and was confirmed as a shoulder peak.
When the powder resistance of the highly carbonized core-shell particles (9) was measured, it was 3×10 5 Ωcm. Since the powder resistance of the raw material silica spherical fine particles is on the order of 10 14 Ωcm, it was found that the conductivity could be improved by about 9 orders of magnitude by forming core-shell particles.
The film thickness of the carbon portion of the highly carbonized core-shell particles (9) was estimated from TG-DTA analysis. The estimation method is to raise the temperature of silica spherical particles and highly carbonized core-shell particles (9) as raw materials from room temperature to 1000℃ at a rate of 10℃/min in an air atmosphere, burn the carbon component, and separate the silica spherical particles and The amount of carbon component was analyzed by taking the difference using the highly carbonized core-shell particles (9). According to the above method, the carbon content of the highly carbonized core-shell particles (9) was 1.39% by mass. When calculated assuming that the diameter of the spherical silica particles was 0.19 μm and the density of the carbon component was 2, the average film thickness of the carbon component was 0.49 nm.
500 mg of core-shell particles (9) were ultrasonically cleaned in a 10% aqueous sodium hydroxide solution for 5 hours and filtered to obtain 20 mg of hollow carbon fine particles (9). The filtrate was colorless and transparent, and considering the amount removed, only the carbon component remained and the internal inorganic component was removed, so it is thought that the formation of hollow carbon fine particles (9) with a hollow structure was achieved. It will be done.

〔実施例10〕:フロログルシノール+銅粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):1gを200gのアセトンに溶解し、そこに銅粒子(ECKA Granules Germany GmbH製、粒子径:95vol%以上が36μm以下):20gを加え、超音波処理によって十分に混合した。
得られた混合物から常温真空乾燥によってアセトンを除去し、残った塊状物を解砕した後、300℃にて2時間加熱した。
これにより、炭素材料(10A)と無機酸化物(10B)を含む有機無機複合体(10)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(10A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(10)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)にて処理した。これにより、炭素材料(10A)が除去され、無機酸化物(10B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(10)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(10)をさらに700℃で1時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(10)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(10)の表面のラマンスペクトルを図14に示した。図14により、高炭素化コアシェル粒子(10)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 10]: Phloroglucinol + copper particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 1 g to 200 g was dissolved in acetone, and 20 g of copper particles (manufactured by ECKA Granules Germany GmbH, particle size: 95 vol% or more is 36 μm or less) were added thereto, and thoroughly mixed by ultrasonication.
Acetone was removed from the resulting mixture by vacuum drying at room temperature, the remaining lumps were crushed, and then heated at 300° C. for 2 hours.
Thereby, an organic-inorganic composite (10) containing a carbon material (10A) and an inorganic oxide (10B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that the carbon material (10A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (10) was treated with DMF (N,N-dimethylformamide). As a result, the carbon material (10A) is removed, and the core-shell particles (10) are coated with a carbon material bonding region on the surface of the inorganic oxide (10B) (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material bonding region). )was gotten.
The core-shell particles (10) were further calcined at 700°C for 1 hour. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (10) were obtained. FIG. 14 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (10). It can be seen from FIG. 14 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (10) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例11〕:フロログルシノール+アルミニウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにアルミニウム粒子(ECKA Granules Germany GmbH製、D50=5μm):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、アルミニウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(11A)と無機酸化物(11B)を含む有機無機複合体(11)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(11A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(11)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(11A)をろ過により除去精製し、無機酸化物(11B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(11)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(11)をさらに600℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(11)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(11)の表面のラマンスペクトルを図15に示した。図15により、高炭素化コアシェル粒子(11)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
また、得られた高炭素化コアシェル粒子(11)をSPS焼結し、アルミニウム-炭素合金焼結体とした。比較として、原料のアルミニウム粒子をSPS焼結し、アルミニウム焼結体も作製した。それぞれの焼結体のビッカース硬度を確認したところ、図16の通りとなり、本発明におけるカーボンコート技術により作製したものを用いると、焼結したときに強度(硬度)を上昇させることができることがわかった。すなわち、本発明の製造方法で得られる炭素材料含有材料は、焼結体への強度付与用途(焼結体強度向上剤)に適用し得る。
[Example 11]: Phloroglucinol + aluminum particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0.2 g was dissolved in 200 g of acetone, 2 g of aluminum particles (manufactured by ECKA Granules Germany GmbH, D50 = 5 μm) were added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain an aluminum particle-phloroglucinol mixture. Ta. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr in a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (11) containing a carbon material (11A) and an inorganic oxide (11B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (11A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (11) is treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (11A) is removed and purified by filtration, and the surface of the inorganic oxide (11B) is Core-shell particles (11) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (11) were further calcined at 600°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (11) were obtained. FIG. 15 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (11). FIG. 15 shows that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (11) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.
Further, the obtained highly carbonized core-shell particles (11) were subjected to SPS sintering to obtain an aluminum-carbon alloy sintered body. For comparison, an aluminum sintered body was also produced by SPS sintering raw material aluminum particles. When the Vickers hardness of each sintered body was confirmed, it was as shown in Figure 16, indicating that the strength (hardness) can be increased when sintered by using the one produced by the carbon coating technology of the present invention. Ta. That is, the carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention can be applied to impart strength to a sintered body (as a sintered body strength improver).

〔実施例12〕:フロログルシノール+チタン酸バリウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにチタン酸バリウム粒子(富士フイルム和光純薬製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、チタン酸バリウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(12A)と無機酸化物(12B)を含む有機無機複合体(12)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(12A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(12)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(12A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(12B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(12)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(12)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(12)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(12)の表面のラマンスペクトルを図17に示した。図17により、高炭素化コアシェル粒子(12)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 12]: Phloroglucinol + barium titanate particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0 .2g was dissolved in 200g of acetone, 2g of barium titanate particles (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to form a mixture of barium titanate particles and phloroglucinol. I got a body. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (12) containing a carbon material (12A) and an inorganic oxide (12B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (12A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (12) is treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (12A) is removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (12B) is purified. Core-shell particles (12) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (12) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (12) were obtained. FIG. 17 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (12). It can be seen from FIG. 17 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (12) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例13〕:フロログルシノール+チタン酸ストロンチウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにチタン酸ストロンチウム粒子(アルドリッチ製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、チタン酸ストロンチウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(13A)と無機酸化物(13B)を含む有機無機複合体(13)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(13A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(13)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(13A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(13B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(13)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(13)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(13)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(13)の表面のラマンスペクトルを図18に示した。図18により、高炭素化コアシェル粒子(13)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 13]: Phloroglucinol + strontium titanate particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0 .2g was dissolved in 200g of acetone, 2g of strontium titanate particles (manufactured by Aldrich) was added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain a strontium titanate particle-phloroglucinol mixture. . This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (13) containing a carbon material (13A) and an inorganic oxide (13B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (13A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (between C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (13) was treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (13A) was removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (13B) was purified. Core-shell particles (13) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (13) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (13) were obtained. FIG. 18 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (13). It can be seen from FIG. 18 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (13) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例14〕:フロログルシノール+ニオブ酸リチウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにニオブ酸リチウム粒子(アルドリッチ製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、ニオブ酸リチウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(14A)と無機酸化物(14B)を含む有機無機複合体(14)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(14A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(14)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(14A)をろ過により除去精製し、無機酸化物(14B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(14)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(14)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(14)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(14)の表面のラマンスペクトルを図19に示した。図19により、高炭素化コアシェル粒子(14)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 14]: Phloroglucinol + lithium niobate particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0 .2g was dissolved in 200g of acetone, 2g of lithium niobate particles (manufactured by Aldrich) was added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain a lithium niobate particle-phloroglucinol mixture. . This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (14) containing a carbon material (14A) and an inorganic oxide (14B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (14A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (14) is treated with ultrasound in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (14A) is removed and purified by filtration, and the surface of the inorganic oxide (14B) is Core-shell particles (14) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (14) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (14) were obtained. FIG. 19 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (14). FIG. 19 shows that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (14) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例15〕:フロログルシノール+シリコン粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにシリコン粒子(日新化成株式会社製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、シリコン粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(15A)と無機酸化物(15B)を含む有機無機複合体(15)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(15A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(15)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(15A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(15B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(15)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(15)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(15)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(15)の表面のラマンスペクトルを図20に示した。図20により、高炭素化コアシェル粒子(15)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 15]: Phloroglucinol + silicon particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0.2 g was dissolved in 200 g of acetone, 2 g of silicon particles (manufactured by Nissin Kasei Co., Ltd.) were added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain a silicon particle-phloroglucinol mixture. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (15) containing a carbon material (15A) and an inorganic oxide (15B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that the carbon material (15A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (between C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (15) was treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (15A) was removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (15B) was purified. Core-shell particles (15) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (15) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (15) were obtained. FIG. 20 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (15). It can be seen from FIG. 20 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (15) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例16〕:フロログルシノール+窒化ホウ素粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこに窒化ホウ素粒子(昭和電工製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、窒化ホウ素粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(16A)と無機酸化物(16B)を含む有機無機複合体(16)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(16A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(16)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(16A)をろ過により除去精製し、無機酸化物(16B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(16)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(16)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(16)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(16)の表面のラマンスペクトルを図21に示した。図21により、高炭素化コアシェル粒子(16)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 16]: Phloroglucinol + boron nitride particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0. 2g was dissolved in 200g of acetone, 2g of boron nitride particles (manufactured by Showa Denko) was added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain a boron nitride particle-phloroglucinol mixture. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (16) containing a carbon material (16A) and an inorganic oxide (16B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (16A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (16) is treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (16A) is removed and purified by filtration, and the surface of the inorganic oxide (16B) is purified. Core-shell particles (16) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (16) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (16) were obtained. FIG. 21 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (16). FIG. 21 shows that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (16) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例17〕:フロログルシノール+アルミナ粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにアルミナ粒子(昭和電工製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、アルミナ粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(17A)と無機酸化物(17B)を含む有機無機複合体(17)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(17A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(17)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(17A)をろ過により除去精製し、無機酸化物(17B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(17)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(17)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(17)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(17)の表面のラマンスペクトルを図22に示した。図22により、高炭素化コアシェル粒子(17)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
また、得られた高炭素化コアシェル粒子(17)および原料のアルミナを用いて、DMF中、PMMA(ポリメチルメタクリレート):原料のアルミナ粒子、および、PMMA:高炭素化コアシェル粒子(17)が、体積比で1:2となるように混合し、乾燥させることで、PMMA/アルミナ、および、PMMA/高炭素化コアシェル粒子(17)を得た。それぞれの膜厚方向の熱伝導特性を分析したところ、表2に示すように、高炭素化コアシェル粒子(17)を使用した場合に熱伝導性が向上することがわかった。なお、比熱および密度は混合比から計算し、それぞれ920J/kg・K、3000kg/mを用いた。すなわち、本発明の有機無機複合体は、熱伝導特性向上用途(熱伝導特性向上剤)に適用し得る。
[Example 17]: Phloroglucinol + alumina particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0.2 g was dissolved in 200 g of acetone, 2 g of alumina particles (manufactured by Showa Denko) were added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain an alumina particle-phloroglucinol mixture. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (17) containing a carbon material (17A) and an inorganic oxide (17B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (17A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (between C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (17) is treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (17A) is removed and purified by filtration, and the surface of the inorganic oxide (17B) is Core-shell particles (17) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (17) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (17) were obtained. FIG. 22 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (17). It can be seen from FIG. 22 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (17) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.
Further, using the obtained highly carbonized core-shell particles (17) and raw material alumina, PMMA (polymethyl methacrylate): raw material alumina particles and PMMA: highly carbonized core-shell particles (17) were prepared in DMF. By mixing at a volume ratio of 1:2 and drying, PMMA/alumina and PMMA/highly carbonized core-shell particles (17) were obtained. When the thermal conductivity characteristics of each film in the thickness direction were analyzed, as shown in Table 2, it was found that the thermal conductivity was improved when highly carbonized core-shell particles (17) were used. Note that the specific heat and density were calculated from the mixing ratio, and 920 J/kg·K and 3000 kg/m 3 were used, respectively. That is, the organic-inorganic composite of the present invention can be applied to the use of improving thermal conductive properties (as a thermal conductive property improving agent).

〔実施例18〕:フロログルシノール+酸化マグネシウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこに酸化マグネシウム粒子(宇部興産製のMgO):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、酸化マグネシウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(18A)と無機酸化物(18B)を含む有機無機複合体(18)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(18A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(18)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(18A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(18B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(18)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(18)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(18)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(18)の表面のラマンスペクトルを図23に示した。図23により、高炭素化コアシェル粒子(18)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 18]: Phloroglucinol + magnesium oxide particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0. 2g was dissolved in 200g of acetone, 2g of magnesium oxide particles (MgO manufactured by Ube Industries) was added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain a magnesium oxide particle-phloroglucinol mixture. . This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (18) containing a carbon material (18A) and an inorganic oxide (18B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (18A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (18) was treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), and the excess carbon material (18A) was removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (18B) was purified. Core-shell particles (18) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (18) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (18) were obtained. FIG. 23 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (18). It can be seen from FIG. 23 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (18) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例19〕:フロログルシノール+窒化アルミニウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこに窒化アルミニウム粒子(トクヤマ製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、窒化アルミニウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(19A)と無機酸化物(19B)を含む有機無機複合体(19)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(19A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(19)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(19A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(19B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(19)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(19)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(19)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(19)の表面のラマンスペクトルを図24に示した。図24により、高炭素化コアシェル粒子(19)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 19]: Phloroglucinol + aluminum nitride particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 0. 2 g was dissolved in 200 g of acetone, 2 g of aluminum nitride particles (manufactured by Tokuyama) were added thereto, thoroughly mixed by ultrasonication, and dried to obtain an aluminum nitride particle-phloroglucinol mixture. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (19) containing a carbon material (19A) and an inorganic oxide (19B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (19A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (19) was treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (19A) was removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (19B) was purified. Core-shell particles (19) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (19) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (19) were obtained. FIG. 24 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (19). FIG. 24 shows that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (19) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例20〕:フロログルシノール+リン酸鉄リチウム粒子+300℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):0.2gを200gのアセトンに溶解し、そこにリン酸鉄リチウム粒子(豊島製作所製):2gを加え、超音波処理によって十分に混合し、乾燥させ、リン酸鉄リチウム粒子-フロログルシノール混合体を得た。この混合体を、窒素雰囲気下でクーゲルロールにより300℃で2時間焼成した。これにより、炭素材料(20A)と無機酸化物(20B)を含む有機無機複合体(20)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(20A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
得られた有機無機複合体(20)をDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)中で超音波処理し、余分な炭素材料(20A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(20B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(20)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(20)をさらに700℃で2時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(20)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(20)の表面のラマンスペクトルを図25に示した。図25により、高炭素化コアシェル粒子(20)の表面(シェル部分)が形状を損なうことなく高炭素化された炭素材料で構成されていることがわかる。
[Example 20]: Phloroglucinol + lithium iron phosphate particles + 300°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): Dissolve 0.2 g in 200 g of acetone, add 2 g of lithium iron phosphate particles (manufactured by Toyoshima Seisakusho), mix thoroughly by ultrasonication, dry, and mix lithium iron phosphate particles with phloroglucinol. I got a body. This mixture was fired at 300° C. for 2 hours on a Kugelrohr under a nitrogen atmosphere. Thereby, an organic-inorganic composite (20) containing a carbon material (20A) and an inorganic oxide (20B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that the carbon material (20A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The obtained organic-inorganic composite (20) is treated with ultrasonic waves in DMF (N,N-dimethylformamide), the excess carbon material (20A) is removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (20B) is purified. Core-shell particles (20) coated with a carbon material binding region (core portion: inorganic oxide particle, shell portion: carbon material binding region) were obtained.
The core-shell particles (20) were further calcined at 700°C for 2 hours. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (20) were obtained. FIG. 25 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (20). It can be seen from FIG. 25 that the surface (shell portion) of the highly carbonized core-shell particles (20) is made of a highly carbonized carbon material without damaging the shape.

〔実施例21〕:フロログルシノール+シリカ粒子+250℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子、溶媒違い
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、縮合反応温度:330℃):1gを30gのアセトンに溶解し、そこにシリカ球状微粒子(株式会社日本触媒製、平均粒子径:0.19μm):10gを加え、超音波処理によって十分に混合した。
得られた混合物から常温真空乾燥によってアセトンを除去し、残った塊状物を解砕した後、250℃にて2時間加熱した。
これにより、炭素材料(21A)と無機酸化物(21B)を含む有機無機複合体(21)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(21A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(21)のラマンスペクトルを図26に示した。炭素材料(21A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
得られた有機無機複合体(21)をアセトン中で超音波処理し、余分な炭素材料(21A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(21B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(21)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(21)をさらに700℃で1時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(21)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(21)の表面のラマンスペクトルを図27に示した。
[Example 21]: Phloroglucinol + silica particles + 250°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles, different solvent Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: 220°C, condensation reaction temperature: 330°C): 1 g was dissolved in 30 g of acetone, 10 g of silica spherical fine particles (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., average particle diameter: 0.19 μm) was added thereto, and thoroughly mixed by ultrasonication.
Acetone was removed from the resulting mixture by vacuum drying at room temperature, the remaining lumps were crushed, and then heated at 250° C. for 2 hours.
Thereby, an organic-inorganic composite (21) containing a carbon material (21A) and an inorganic oxide (21B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (21A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The Raman spectrum of the organic-inorganic composite (21) is shown in FIG. It was found that the carbon material (21A) is a carbon material containing a carbon-based compound having a graphene structure and a structure in which the graphene structures are stacked.
The obtained organic-inorganic composite (21) is treated with ultrasonic waves in acetone, the excess carbon material (21A) is removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (21B) is coated with a carbon material binding region. Core-shell particles (21) (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material bonding region) were obtained.
The core-shell particles (21) were further fired at 700°C for 1 hour. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (21) were obtained. FIG. 27 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (21).

〔実施例22〕:フロログルシノール+窒化ホウ素+250℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子、溶媒違い
原料に窒化ホウ素を用いた以外は実施例21と同様に有機無機複合体(22)、コアシェル粒子(22)および、高炭素化コアシェル粒子(22)を得た。有機無機複合体(22)および高炭素化コアシェル粒子(22)のラマンスペクトルを図28、図29に示した。実施例21、22からわかる通り、焼成温度を調整する等の操作により、用いる溶媒を変えることが可能であるとわかった。
[Example 22]: Phloroglucinol + boron nitride + 250°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles, different solvent Organic-inorganic composite (22), core-shell in the same manner as in Example 21 except that boron nitride was used as the raw material Particles (22) and highly carbonized core-shell particles (22) were obtained. Raman spectra of the organic-inorganic composite (22) and the highly carbonized core-shell particles (22) are shown in FIGS. 28 and 29. As can be seen from Examples 21 and 22, it was found that it was possible to change the solvent used by adjusting the firing temperature, etc.

〔実施例23〕:ヘキサヒドロキシトリフェニレン+シリカ粒子+350℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子、原料違い
2,3,6,7,10,11-ヘキサヒドロキシトリフェニレン(東京化成工業株式会社製、融点:なし、縮合反応温度:430℃):1gを30gのDMFに溶解し、そこにシリカ球状微粒子(株式会社日本触媒製、平均粒子径:0.19μm):10gを加え、超音波処理によって十分に混合した。
得られた混合物からエバポレーターを用いてDMFを除去し、残った塊状物を解砕した後、350℃にて2時間加熱した。
これにより、炭素材料(23A)と無機酸化物(23B)を含む有機無機複合体(23)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(23A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(23)のラマンスペクトルを図30に示した。ラマンスペクトルにおいて1340cm-1、1590cm-1、2700cm-1、2895cm-1にピークを有することから、炭素材料(23A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
得られた有機無機複合体(23)をDMF中で超音波処理し、余分な炭素材料(23A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(23B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(23)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(23)をさらに700℃で1時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(23)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(23)の表面のラマンスペクトルを図31に示した。
[Example 23]: Hexahydroxytriphenylene + silica particles + 350°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles, different raw materials 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point : None, condensation reaction temperature: 430°C): Dissolve 1 g in 30 g of DMF, add 10 g of silica spherical fine particles (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., average particle size: 0.19 μm), and thoroughly dissolve by ultrasonication. mixed with.
DMF was removed from the resulting mixture using an evaporator, the remaining lumps were crushed, and then heated at 350°C for 2 hours.
Thereby, an organic-inorganic composite (23) containing a carbon material (23A) and an inorganic oxide (23B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (23A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The Raman spectrum of the organic-inorganic composite (23) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1340 cm -1 , 1590 cm -1 , 2700 cm -1 , and 2895 cm -1 , the carbon material (23A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material.
The obtained organic-inorganic composite (23) is treated with ultrasonic waves in DMF, the excess carbon material (23A) is removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (23B) is coated with a carbon material binding region. Core-shell particles (23) (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material bonding region) were obtained.
The core-shell particles (23) were further calcined at 700°C for 1 hour. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (23) were obtained. FIG. 31 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (23).

〔実施例24〕:(+)-カテキン+シリカ粒子+250℃×2時間、高炭素化コアシェル粒子、原料違い
(+)-カテキン水和物(東京化成工業株式会社製、融点:なし、縮合反応温度:270℃):1gを30gのアセトンに溶解し、そこにシリカ球状微粒子(株式会社日本触媒製、平均粒子径:0.19μm):10gを加え、超音波処理によって十分に混合した。なお、このカテキンは水和物のため、TGDTAにおける縮合反応温度の確認は、脱水和ピークは無視し、脱水和した後に縮合が進行する温度を確認した。
得られた混合物から常温真空乾燥を用いてアセトンを除去し、残った塊状物を解砕した後、250℃にて2時間加熱した。
これにより、炭素材料(24A)と無機酸化物(24B)を含む有機無機複合体(24)を得た。
得られた炭素材料の分析から、炭素材料(24A)は、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進んで得られたことが分かった。
有機無機複合体(24)のラマンスペクトルを図32に示した。ラマンスペクトルにおいて13cm-1、15cm-1、27cm-1、28cm-1にピークを有することから、炭素材料(24A)はグラフェン構造を有し且つグラフェン構造が積層した構造の炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。
得られた有機無機複合体(24)をDMF中で超音波処理し、余分な炭素材料(24A)を遠心分離により除去精製し、無機酸化物(24B)の表面に炭素材料結合領域がコーティングされたコアシェル粒子(24)(コア部分:無機酸化物粒子、シェル部分:炭素材料結合領域)が得られた。
コアシェル粒子(24)をさらに700℃で1時間焼成した。これにより、シェル部分の炭素材料が高炭素化され、高炭素化コアシェル粒子(24)が得られた。高炭素化コアシェル粒子(24)の表面のラマンスペクトルを図33に示した。
[Example 24]: (+)-catechin + silica particles + 250°C x 2 hours, highly carbonized core-shell particles, different raw materials (+)-catechin hydrate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., melting point: none, condensation reaction Temperature: 270° C.): 1 g was dissolved in 30 g of acetone, 10 g of silica spherical fine particles (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., average particle diameter: 0.19 μm) were added thereto, and thoroughly mixed by ultrasonication. Since this catechin is a hydrate, the condensation reaction temperature in TGDTA was checked by ignoring the dehydration peak and checking the temperature at which condensation proceeds after dehydration.
Acetone was removed from the resulting mixture using vacuum drying at room temperature, the remaining lumps were crushed, and then heated at 250° C. for 2 hours.
Thereby, an organic-inorganic composite (24) containing a carbon material (24A) and an inorganic oxide (24B) was obtained.
Analysis of the obtained carbon material revealed that carbon material (24A) mainly undergoes dehydration condensation between phenolic OH groups (C-OH), and condensation reactions between C-H and between C-H and C-OH. It was found that carbonization progressed as the carbonization progressed.
The Raman spectrum of the organic-inorganic composite (24) is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 13 cm -1 , 15 cm -1 , 27 cm -1 and 28 cm -1 , the carbon material (24A) has a graphene structure and contains a carbon-based compound with a stacked graphene structure. It turned out to be the material.
The obtained organic-inorganic composite (24) is treated with ultrasonic waves in DMF, the excess carbon material (24A) is removed and purified by centrifugation, and the surface of the inorganic oxide (24B) is coated with a carbon material binding region. Core-shell particles (24) (core part: inorganic oxide particle, shell part: carbon material bonding region) were obtained.
The core-shell particles (24) were further calcined at 700°C for 1 hour. As a result, the carbon material in the shell portion was highly carbonized, and highly carbonized core-shell particles (24) were obtained. FIG. 33 shows the Raman spectrum of the surface of the highly carbonized core-shell particles (24).

〔比較例1〕
加熱温度を170℃とした以外は実施例9に記載の方法で有機無機複合体(C1)を得た。しかしながら、ラマン分析による炭素材料のシグナルは確認できず、低分子化合物由来の蛍光のみ確認された。すなわち、フロログルシノールは十分に炭素化しないことがわかった。
[Comparative example 1]
An organic-inorganic composite (C1) was obtained by the method described in Example 9 except that the heating temperature was 170°C. However, no signal from the carbon material could be confirmed by Raman analysis, and only fluorescence derived from low molecular weight compounds was confirmed. In other words, it was found that phloroglucinol was not sufficiently carbonized.

〔比較例2〕
加熱温度を270℃とした以外は実施例23に記載の方法で有機無機複合体(C2)を得た。しかしながら、ラマン分析による炭素材料のシグナルは確認できず、低分子化合物由来の蛍光のみ確認された。すなわち、ヘキサヒドロキシトリフェニレンは十分に炭素化しないことがわかった。
[Comparative example 2]
An organic-inorganic composite (C2) was obtained by the method described in Example 23 except that the heating temperature was 270°C. However, no signal from the carbon material could be confirmed by Raman analysis, and only fluorescence derived from low-molecular-weight compounds was confirmed. That is, it was found that hexahydroxytriphenylene was not sufficiently carbonized.

〔比較例3〕
実施例9で使用したシリカ球状微粒子を窒素雰囲気下700℃で2時間焼いたものに、クイックカーボンコーター(サンユー電子社製、SC-701CT)を用いて気相でカーボンコートさせた粒子を作製した。カーボンの存在はラマン分析から確認された。この粒子の13C-NMRおよび29Si-NMR分析結果を図12、図13に示した。実施例9と比較し、比較例3で得られた粒子は、カーボンは表面に存在するが、sp2炭素ではなく、さらにSi-O-C結合が無く、共有結合で粒子の表面に存在するのではないことがわかった(もちろん、原料のシリカ球状微粒子でも結合は確認できない)。比較例3の結果を実施例と比較考量すると、本発明によれば、無機物の表面にsp2炭素成分が共有結合で強固にコートされた炭素材料含有材料を提供できることがわかった。
[Comparative example 3]
The silica spherical fine particles used in Example 9 were baked at 700°C for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and particles were then coated with carbon in the gas phase using a quick carbon coater (manufactured by Sanyu Electronics, SC-701CT). . The presence of carbon was confirmed by Raman analysis. The results of 13 C-NMR and 29 Si-NMR analysis of this particle are shown in FIGS. 12 and 13. In comparison with Example 9, the particles obtained in Comparative Example 3 have carbon on the surface, but are not sp2 carbon, and furthermore, there is no Si-O-C bond, and the particles are covalently bonded on the surface of the particle. It was found that this was not the case (of course, no bonding could be confirmed even with the raw silica spherical particles). Comparing the results of Comparative Example 3 with Examples, it was found that the present invention can provide a carbon material-containing material in which the surface of an inorganic substance is strongly coated with an sp2 carbon component by covalent bonding.

〔参考例1〕
加熱温度を520℃とした以外は実施例9に記載の方法で有機無機複合体(R1)を得た。しかしながら、炭素成分はNMP(N-メチルピロリドン)に不溶であり、続く処理が不可能であった。
[Reference example 1]
An organic-inorganic composite (R1) was obtained by the method described in Example 9 except that the heating temperature was 520°C. However, the carbon component was insoluble in NMP (N-methylpyrrolidone), making subsequent treatment impossible.

Figure 0007437924000002
Figure 0007437924000002

Figure 0007437924000003
Figure 0007437924000003

〔実施例25~32〕
フロログルシノール(東京化成工業社製)1gを石英ボート(容積:5ml)に乗せ、環状炉(東洋サーモシステム株式会社製、KTF045N1、炉心管:石英φ50mm×1m)を用いて、窒素流通下、2時間、表1の温度で加熱した。得られた炭素材料の収率、元素分析による炭素、水素、酸素比およびその比から計算される組成式、NMP(N-メチルピロリドン)に対する溶解性(完溶:〇、一部可溶:△、不溶:×)を表3に示した。
また、得られた炭素材料の13C-NMR分析結果を図34に示した。
これらの結果から、分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物は、高い炭素化収率を示し、フェノール性OH基同士(C-OH同士)の脱水縮合をメインに、C-H同士、C-HとC-OH間の縮合反応と共に進行しながら炭素化が進むことが分かる。
なお、実施例26で得られた炭素材料の推定される単位構造を下記の化学式(A)に、実施例27で得られた炭素材料の推定される単位構造を下記の化学式(B)に、実施例31で得られた炭素材料の推定される単位構造を下記の化学式(C)に示した。実際の分子量ははるかに大きいが、平均単位構造は下記の化学式(A)、(B)、(C)であると推定される。
[Examples 25 to 32]
1 g of phloroglucinol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was placed on a quartz boat (volume: 5 ml), and using a ring furnace (manufactured by Toyo Thermo System Co., Ltd., KTF045N1, furnace tube: quartz φ50 mm x 1 m) under nitrogen flow. It was heated at the temperature shown in Table 1 for 2 hours. Yield of the obtained carbon material, carbon, hydrogen, oxygen ratio by elemental analysis and compositional formula calculated from the ratio, solubility in NMP (N-methylpyrrolidone) (completely soluble: 〇, partially soluble: △ , insoluble: ×) are shown in Table 3.
Furthermore, the results of 13 C-NMR analysis of the obtained carbon material are shown in FIG.
From these results, compounds having two or more phenolic OH groups in the molecule show a high carbonization yield, and C-H It can be seen that carbonization progresses with the condensation reaction between C--H and C--OH.
The estimated unit structure of the carbon material obtained in Example 26 is shown in the following chemical formula (A), and the estimated unit structure of the carbon material obtained in Example 27 is shown in the following chemical formula (B). The estimated unit structure of the carbon material obtained in Example 31 is shown in the following chemical formula (C). Although the actual molecular weight is much larger, the average unit structure is estimated to be the following chemical formulas (A), (B), and (C).

Figure 0007437924000004
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Figure 0007437924000005
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以上の実施例等から、本発明によれば、構造が精密に制御された炭素材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することができることがわかった。また、構造が精密に制御された炭素材料を提供することができることがわかった。また、溶媒への可溶性を有する炭素材料含有材料や、構造が精密に制御された炭素材料含有材料を、温和な条件で簡便に製造する方法を提供することができることがわかった。また、本発明によれば、構造が精密に制御され、炭素材料と無機物とが共有結合によって結合されている炭素材料含有材料を提供することができることがわかった。さらに、本発明によれば、カーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などの炭素材料含有材料を工業的に製造するため等に有用な、温和な条件で工業的に製造可能な有機無機複合体を提供することができることがわかった。 From the above examples and the like, it was found that the present invention can provide a method for easily producing a carbon material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Furthermore, it has been found that it is possible to provide a carbon material whose structure is precisely controlled. It has also been found that it is possible to provide a method for easily producing a carbon material-containing material that is soluble in a solvent or a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled under mild conditions. Furthermore, it has been found that according to the present invention, it is possible to provide a carbon material-containing material whose structure is precisely controlled and in which a carbon material and an inorganic substance are bonded by covalent bonds. Furthermore, the present invention provides an organic-inorganic composite that can be industrially manufactured under mild conditions and is useful for industrially manufacturing carbon material-containing materials such as carbon-coated inorganic particles and hollow carbon fine particles. It turns out that it can be done.

本発明の製造方法で得られる炭素材料および本発明の炭素材料は、従来の炭素材料に比べて、構造が精密に制御され、各種用途に展開可能である。
本発明の製造方法で得られる炭素材料含有材料および本発明の炭素材料含有材料は、軽量で、優れた潤滑性、優れた電気伝導性、優れた熱伝導性、優れた抗酸化性を持つようなフィラー等として有用なカーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などを工業的に製造する際の材料として有効に利用可能である。利用が想定される用途としては、固体潤滑剤として、潤滑油等への潤滑用添加剤として、無機材料や樹脂等の有機材料への導電助剤、帯電防止剤、強度付与剤、摩擦低減剤、熱伝導性付与剤等が挙げられる。また、本発明の有機無機複合体は、軽量で、優れた潤滑性、優れた電気伝導性、優れた熱伝導性、優れた抗酸化性を持つようなフィラー等として有用なカーボンコート無機粒子や中空炭素微粒子などを工業的に製造する際の材料として有効に利用可能である。利用が想定される用途としては、固体潤滑剤として、潤滑油等への潤滑用添加剤として、無機材料や樹脂等の有機材料への導電助剤、帯電防止剤、強度付与剤、摩擦低減剤、熱伝導性付与剤等が挙げられる。
The carbon material obtained by the production method of the present invention and the carbon material of the present invention have a more precisely controlled structure than conventional carbon materials, and can be used for various purposes.
The carbon material-containing material obtained by the production method of the present invention and the carbon material-containing material of the present invention are lightweight, and have excellent lubricity, excellent electrical conductivity, excellent thermal conductivity, and excellent antioxidant properties. It can be effectively used as a material in the industrial production of carbon-coated inorganic particles and hollow carbon particles useful as fillers and the like. Possible uses include solid lubricants, lubricating additives for lubricating oils, conductive aids for inorganic materials and organic materials such as resins, antistatic agents, strength agents, and friction reducers. , a thermal conductivity imparting agent, and the like. In addition, the organic-inorganic composite of the present invention is lightweight and has excellent lubricity, excellent electrical conductivity, excellent thermal conductivity, and excellent anti-oxidation properties, and is useful as a filler such as carbon-coated inorganic particles. It can be effectively used as a material for industrially manufacturing hollow carbon particles. Possible uses include solid lubricants, lubricating additives for lubricating oils, conductive aids for inorganic materials and organic materials such as resins, antistatic agents, strength agents, and friction reducers. , a thermal conductivity imparting agent, and the like.

10 炭素材料
20 無機物粒子
30 炭素材料結合領域
100 有機無機複合体
200 コアシェル粒子
10 carbon material 20 inorganic particle 30 carbon material bonding region 100 organic-inorganic composite 200 core-shell particle

Claims (16)

炭素材料含有材料を製造する方法であって、
加熱によって同一分子間および/または異種分子間で縮合反応が起きる化合物(A)と粒子状の無機物を含む組成物を加熱する加熱工程(I)を含み、
該加熱工程(I)における加熱温度は、220℃~500℃(ただし、500℃は除く)であり、かつ該化合物(A)の縮合反応温度がT℃であるときに、(T-150)℃以上であり、
該化合物(A)が分子内に2つ以上のフェノール性OH基を有する化合物であり、
前記無機物が、表面に官能基を有する無機酸化物粒子、無機窒化物、無機硫化物、無機炭化物、および不溶性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
該加熱工程(I)が、該化合物(A)の、同一分子間および/または異種分子間における2つの該フェノール性OH基間の縮合反応を含む、
炭素材料含有材料の製造方法。
A method of manufacturing a carbon material-containing material, the method comprising:
Including a heating step (I) of heating a composition containing a compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or different molecules when heated, and a particulate inorganic substance,
The heating temperature in the heating step (I) is 220°C to 500°C (excluding 500°C), and when the condensation reaction temperature of the compound (A) is T°C, (T-150) ℃ or more,
The compound (A) is a compound having two or more phenolic OH groups in the molecule,
The inorganic substance is at least one selected from the group consisting of inorganic oxide particles, inorganic nitrides, inorganic sulfides, inorganic carbides, and insoluble salts having a functional group on the surface,
The heating step (I) includes a condensation reaction between the two phenolic OH groups of the compound (A) between the same molecules and/or between different molecules.
A method for producing a carbon material-containing material.
前記加熱工程(I)の後、前記化合物(A)の加熱によって生成する炭素材料の少なくとも一部を除去する炭素材料除去工程を含む、請求項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 1, further comprising, after the heating step (I), a carbon material removing step of removing at least a part of the carbon material generated by heating the compound (A). 前記炭素材料除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含む、請求項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 2 , further comprising a heating step (II) of heating after the carbon material removing step. 前記加熱工程(I)の後、前記無機物を除去する無機物除去工程を含む、請求項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 1 , further comprising an inorganic substance removal step of removing the inorganic substance after the heating step (I). 前記無機物除去工程の後、さらに加熱する加熱工程(II)を含む、請求項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 4 , further comprising a heating step (II) of heating after the inorganic substance removal step. 前記化合物(A)の分子量が500以下である、請求項1からまでのいずれか1項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to any one of claims 1 to 5 , wherein the compound (A) has a molecular weight of 500 or less. 前記化合物(A)の縮合反応温度が450℃以下である、請求項1からまでのいずれか1項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the condensation reaction temperature of the compound (A) is 450°C or less. 前記化合物(A)の縮合反応温度が400℃以下である、請求項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 7 , wherein the condensation reaction temperature of the compound (A) is 400°C or less. 前記化合物(A)の、窒素ガス雰囲気下、40℃から、10℃/分の昇温条件によって
TG-DTA分析を行ったときの、温度50℃における初期重量M50に対する温度500℃における重量M500の重量比(M500/M50)が0.2以上である、請求項からまでのいずれか1項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。
The weight M500 at a temperature of 500°C relative to the initial weight M50 at a temperature of 50°C when TG-DTA analysis of the compound (A) was performed under a nitrogen gas atmosphere from 40°C under heating conditions of 10°C/min. The method for producing a carbon material-containing material according to any one of claims 1 to 8 , wherein the weight ratio (M500/M50) is 0.2 or more.
前記無機酸化物粒子が、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The inorganic oxide particles are selected from the group consisting of silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, composite oxide particles, and solid solution oxide particles. The method for producing a carbon material-containing material according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of at least one selected carbon material. 前記ポリ酸粒子を構成する金属が、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタン、タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項10に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to claim 10 , wherein the metal constituting the polyacid particles is at least one selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, titanium, and tantalum. 前記無機酸化物の分解温度が800℃以上である、請求項から11までのいずれか1項に記載の炭素材料含有材料の製造方法。 The method for producing a carbon material-containing material according to any one of claims 1 to 11 , wherein the inorganic oxide has a decomposition temperature of 800°C or higher. 炭素材料と粒子状の無機物を含む有機無機複合体であって、
該炭素材料が溶媒に可溶であり、
該炭素材料の元素分析における炭素原子と水素原子と酸素原子の含有割合が、炭素原子の含有割合を6.0atom%としたときに、水素原子の含有割合が2.9atom%~4.5atom%であり、酸素原子の含有割合が1.4atom%~2.0atom%であり、
前記無機物が、表面に官能基を有する無機酸化物粒子、無機窒化物、無機硫化物、無機炭化物、および不溶性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である、
有機無機複合体。
An organic-inorganic composite containing a carbon material and particulate inorganic matter,
the carbon material is soluble in a solvent,
The content ratio of carbon atoms, hydrogen atoms, and oxygen atoms in the elemental analysis of the carbon material is such that when the content ratio of carbon atoms is 6.0 atom%, the content ratio of hydrogen atoms is 2.9 atom% to 4.5 atom%. , the content of oxygen atoms is 1.4 atom% to 2.0 atom%,
The inorganic substance is at least one selected from the group consisting of inorganic oxide particles, inorganic nitrides, inorganic sulfides, inorganic carbides, and insoluble salts having functional groups on the surface.
Organic-inorganic complex.
前記溶媒がN-メチルピロリドンである、請求項13に記載の有機無機複合体。 The organic-inorganic composite according to claim 13 , wherein the solvent is N-methylpyrrolidone. 前記無機酸化物粒子が、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、酸化マグネシウム粒子、ポリ酸粒子、その表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子、固溶体酸化物粒子からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項13または14に記載の有機無機複合体。 The inorganic oxide particles are selected from the group consisting of silica particles, alumina particles, titania particles, magnesium oxide particles, polyacid particles, metal particles whose surfaces are at least partially oxidized, composite oxide particles, and solid solution oxide particles. The organic-inorganic composite according to claim 13 or 14 , which is at least one selected type. 前記ポリ酸粒子を構成する金属が、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタン、タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項15に記載の有機無機複合体。 The organic-inorganic composite according to claim 15 , wherein the metal constituting the polyacid particles is at least one selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, titanium, and tantalum.
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