JP7442133B2 - ベーサル窒素を選択的に導入した含窒素炭素材料およびその製造方法 - Google Patents
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
窒素原子を有する含窒素炭素材料であって、
N1sXPS分析において、該含窒素炭素材料中の全窒素原子のピークに対する、ベーサル窒素原子のピークの割合が、80%以上である。
含窒素炭素材料を製造する方法であって、
2つ以上の隣接した環構造が共有する原子の少なくとも1つが窒素原子である縮環化合物(A)を加熱する加熱工程(I)を含む。
本発明の実施形態による含窒素炭素材料は、ベーサル面に窒素原子が導入されて構造が精密に制御された含窒素炭素材料である。
本発明の実施形態による含窒素炭素材料の製造方法は、2つ以上の隣接した環構造が共有する原子の少なくとも1つが窒素原子である縮環化合物(A)を加熱する加熱工程(I)を含む。
インドリジノ[6,5,4,3-IJA]キノリン:IND
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。
N1sXPS測定は、日本電子のJPS9030を用いて、以下の条件により行った。
ソース:MgKα
エミッション:10mA
アノード:10kV
Pass Energy:30eV
アバーチャー:6mm
測定範囲:N1s:388.5eV~408.5eV
積算回数:40回
解析条件:N1sのピークをピリジニック窒素(398.0eV)、アミン(399.0eV)、ベーサル窒素(400.2eV)、4級窒素(401.5eV)としてピーク分離を行った。
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-4500)
測定条件:532.23nmレーザー使用、対物レンズ100倍、CCD取り込み時間は773Kの試料が5秒、973Kおよび1173Kの試料が15秒、積算は3つの試料とも20回(分解能=2.45cm-1)、レーザー強度1%、レーザー出力0.3mWであった。
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。
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-4200typeA)
測定条件:DRIFT法、MCT_M検出器、分解能4cm-1、積算回数32回
測定範囲:499.473cm-1~4000.6cm-1
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。
インドリジノ[6,5,4,3-IJA]キノリン(IND)(明細書中に記載の化合物(6)に該当)(MolMall Sarl製):50mgを、アンプル管に真空封入(INDをガラス管に入れ、20分間で353K(80℃)まで昇温しながら1時間真空引きし、ガスバーナーで封管)した後、電気炉にて1時間加熱した。
加熱温度は、773K(500℃)、873K(600℃)、973K(700℃)のそれぞれで行った。
加熱後のそれぞれのアンプル管から試料をスパチュラでかき出し、それぞれ別のガラス管に移しかえた後、523K(250℃)で1時間真空引きし、含窒素炭素材料(1a)、(1b)、(1c)を得た。得られた含窒素炭素材料(1a)、(1b)、(1c)について、N1sXPS分析、ラマン分光分析、IR分析を行った。
N1sXPS分析のXPSスペクトルを図1に示す。
ラマン分光分析のラマンスペクトルを図2に示す。
IR分析のIRスペクトルを図3に示す。
図1より、得られた含窒素炭素材料は、加熱温度が773K(500℃)、873K(600℃)、973K(700℃)のいずれの場合においても、N1sXPS分析において、該含窒素炭素材料中の全窒素原子(ベーサル面に存在するベーサル窒素原子とエッジ面に存在するピリジニック窒素原子の合計)のピークに対する、ベーサル窒素原子のピークの割合が、80%以上であり、ベーサル面に窒素原子が導入されて構造が精密に制御された含窒素炭素材料が、温和な条件で簡便に製造できていることがわかった。
図2のラマンスペクトルによれば、得られた含窒素炭素材料は、加熱温度が773K(500℃)、873K(600℃)、973K(700℃)のいずれの場合においても、GバンドおよびDバンドにピークを有することから、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含窒素炭素材料が、温和な条件で簡便に製造できていることがわかった。
図3のIRスペクトルによれば、1660cm-1~1800cm-1の間にC=O伸縮振動に起因するピークがほぼ見られないことから、構造が非常に精密に制御された含窒素炭素材料が、温和な条件で簡便に製造できていることがわかった。また、1030cm-1付近に5員環sp2C-H面内変角振動に起因するピークが見られることから、INDの炭素化が6員環のC-Hから進行しており、5員環構造が少なくともある程度は維持されていることがわかった。
Claims (4)
- 窒素原子を有する含窒素炭素材料であって、
N1sXPS分析において、該含窒素炭素材料中の全窒素原子のピークに対する、400.2eVをピークとして分離したベーサル窒素原子のピークの割合が、80%以上であり、
金属成分の含有量が、炭素原子100原子%に対し、0.1原子%以下である、
含窒素炭素材料。 - 請求項1に記載の含窒素炭素材料を製造する方法であって、
2つ以上の隣接した環構造が共有する原子の少なくとも1つが窒素原子である縮環化合物(A)を加熱する加熱工程(I)を含む、
含窒素炭素材料の製造方法。 - 前記縮環化合物(A)の加熱温度が300℃~1000℃である、請求項2に記載の含窒素炭素材料の製造方法。
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