WO2006080536A1

WO2006080536A1 - 炭素多孔体、炭素多孔体を製造する方法、吸着剤および生体分子素子

Info

Publication number: WO2006080536A1
Application number: PCT/JP2006/301596
Authority: WO
Inventors: Ajayan Vinu; Katsuhiko Ariga; Masahiko Miyahara; Toshiyuki Mori
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2007-07-28
Also published as: JP4724877B2; US20120178618A1; JP2006206397A; US8361203B2; US20080213557A1

Abstract

大きな孔容量と比表面積とを有し、吸着物質の内部への拡散に好適な炭素多孔体、および、その製造方法を提供する。　　炭素多孔体を製造する方法は、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とを混合する工程と、得られた混合物を加熱する工程、反応物からケージ型シリカ多孔体を除去する工程とを包含する。ケージ型シリカ多孔体は、シリカ骨格と、シリカ骨格によって形成された複数の孔と、複数の孔のそれぞれを相互に結合する、シリカ骨格によって形成されたチャネルとを含む。複数の孔は、三次元に規則的かつ対称に位置し、複数の孔の直径ｄ1と、チャネルの径ｄ2とは、関係ｄ1＞ｄ2を満たす。ケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）が、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たすように混合される。

Description

炭素多孔体、炭素多孔体を製造する方法、吸着剤および生体分子素子技術分野

本発明は、炭素多孔体およびその製造方法に関し、より詳細には、熱および水に対して安定であり、かつ、大きな孔容量と比表面積とを有する炭素多孔体と、その製造方法、それを用いた吸着剤および生体分子素子に関する。背景技術明

近年、有害物質の吸着除去、有益物質の吸着回収および生体物質の固定化のため、多孔体材料が研究されている。中でも、水熱条件下（例えば、高温水中）において安定である炭素多孔体（メソポ一ラス書カーボン）が注目されている。铸型を用いてこのような炭素多孔体を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献 1を参照）。図 1 2は、従来技術による炭素分子体の製造方法を示すフローチヤ一トである。以下この製造方法を段階ごとに説明する。段階 S 1 2 1 0 :シリカオリゴマー、縮重合されうる炭素含有化合物である炭素前駆物質および液状のキャリアを含む混合物を、铸型（メソポーラスシリカ）の気孔（空孔）に含浸させる。铸型は、铸型内の気孔が不規則に三次元的に連結された構造、中型気孔が微細気孔に互いに連結された構造を有している。炭素前駆物質は、炭水化物またはモノマーである。シリカオリゴマーは、得られる炭素分子体中の気孔率を上昇させるために含まれる。液状のキャリアは、铸型への混合物の含浸を促進するためである。段階 S 1 2 2 0 :铸型に含浸された混合物中に含まれた炭素前駆物質を重合する。重合は、熱処理によって行われ、铸型の気孔内に炭素前駆物質重合体が形成される。この熱処理により液状のキャリアは乾燥する。段階 S 1 2 3 0 :気孔内に形成されている炭素前駆物質重合体を熱分解して炭化する。この熱分解においても、残留している液状のキャリアは除去される。段階 S 1 2 4 0 ：铸型とシリカオリゴマーとを選択的に溶解させる溶液で処理してこれらを除去する。これによつて微細気孔を有する炭素分子体が得られる。参考文献；

特許文献 1 ：特開 2 0 0 4— 2 4 4 3 1 1号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

しかしながら、特許文献 1に示される技術によつて得られる炭素分子多孔体 (炭素多孔体）は、シリカオリゴマーを用いることによって多数の微細気孔を設けて大比表面積を達成することはできるが、孔（気孔）容量は限られていた（例えば、 1. 7 cm³Zg以下)。このため、炭素多孔体が吸着できる物質の大きさは限られており、所望の物質を吸着できない場合がある。また、特許文献 1で用いられる铸型 (レプリカ) の構造により、得られた炭素多孔体は、ロッド構造が集積したもの（例えば、へキサゴナル構造）となっており、吸着物質の内部への拡散に不利であった。したがって、本発明の目的は、より大きな孔容量と比表面積とを有し、 p及着物質の内部への拡散に好適な炭素多孔体、および、その製造方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、上述の炭素多孔体を用いたアプリケーシヨン（P及着剤および生体分子素子）を提供することである。課題を解決するための手段

本発明による炭素多孔体（I CY) を製造する方法は、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とを混合する工程であって、前記ケージ型シリカ多孔体は、シリカ骨格と、前記シリカ骨格によって形成された複数の孔と、前記複数の孔のそれぞれを相互に結合する、前記シリカ骨格によって形成されたチャネルとを含み、前記複数の孔は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記複数の孔の直径と、前記チャネルの径とは、関係 (！を満たし、前記ケージ形シリカ多孔体と前記炭素源とを、前記ケージ形シリカ多孔体中のケィ素（S i) と前記炭素源中の炭素 (C) とのモル比（C/S i ) が、関係 0. 8<C/S iく 3. 0を満たすように混合する、工程と、前記混合する工程によって得られた混合物を加熱する工程と、前記加熱する工程によつて得られた反応物から前記ケージ形シリ力多孔体を除去する工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。前記ケージ形シリカ多孔体は、 K I T— 5であり得る。前記 K I T一 5の比表面積 sは、 450<s (m²Zg) <690であり得る。前記 K I T一 5の距離 d₂は、 4<d₂ (nm) < 6であり得る。前記 KI T一 5の距離は、 l iXd, (nm) <14であり得る。前記炭素源は、化学式 C!HmOn (ただし、し m、 nは、 0または正の整数であり、 1≠ 0である）を満たしてもよい。前記化学式

を満たす炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から選択され得る前記糖類は、ショ糖またはブドウ糖であり得る。前記アルコール類は、ォク夕ノール、へキサンジオール、および、ベンジルァルコールからなる群から選択され得る。前記アルデヒド類は、ァセトアルデヒドまたはプチルアルデヒドであり得る。前記ケトン類は、ジブチルケトンまたはシクロへキサノンであり得る。前記カルボン酸類は、酪酸または吉草酸であり得る。前記エーテル類は、ジブチルエーテルまたはジォキサンであり得る。前記炭化水素類は、ドデカン、ァダマンタン、および、ナフ夕レンからなる群から選択され得る。前記ケージ形シリカ多孔体中のゲイ素（S i ) と前記炭素源中の炭素（C) とのモル比（C/S i )は、関係 0 . S S C/ S i O . 9 5を満たしてもよい。前記加熱する工程は、第 1の温度で前記混合物を重合化する工程と、前記第 1 の温度よりも高い第 2の温度で前記混合物を炭化する工程とをさらに包含してもよい。前記重合化する工程は、大気中、 7 0 °C〜1 5 0での温度範囲から選択される前記第 1の温度で 5時間〜 8時間、前記混合物を加熱してもよい。前記重合化する工程は、大気中、 1 4 0 °C〜1 6 0 °Cの温度範囲から選択される温度で 5時間〜 8時間、前記混合物をさらに加熱してもよい。前記炭化する工程は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、 7 0 0 °C〜9 0 0 °Cの温度範囲から選択される前記第 2の温度で 4時間〜 8時間、前記混合物を加熱してもよい。前記除去する工程は、フッ酸またはアル力リ水溶液を用いて前記反応物をろ過してもよい。前記除去する工程の後に、前記反応物を洗浄し、乾燥する工程をさらに包含してもよい。本発明による炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（I CY) は、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離 Diと、前記炭素結合部間との距離 D₂とは、関係 D,<D₂を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 130 Om²/g以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cm³/g以上であり、これにより上記目的を達成する。前記距離 D,と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm) ≤6、および、 9 ≤D₂ (nm) ≤ 15であり得る。前記炭素主部は、面心立方となるように位置し得る。前記炭素多孔体の比表面積は、 160 Oml/g以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 2. 0 cm³Zg以上であってもよい。本発明による炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（I CY) を含む吸着剤は、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離と、前記炭素結合部間との距離 D ₂とは、関係 ]^<0₂を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 130 Om²Zg以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cn^Zg以上であり、これにより上記目的を達成する。前記距離と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm) ≤6, および、 9 ≤D₂ (nm) ≤ 15であってもよい。前記炭素主部は、面心立方となるように位置し得る。前記炭素多孔体の比表面積は、 160 Om²Zg以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 2. 0 cm³Zg以上であってもよい。本発明による生体分子素子は、炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ I CY) と、前記炭素多孔体に固定された生体分子とを含み、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離 1^と、前記炭素結合部間との距離 D₂とは、関係 D^Dzを満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 130 Om²Zg以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cm³/_g以上であり、前記生体分子は、前記炭素主部と前記炭素結合部とによつて形成された孔内に固定されており、前記生体分子は、所定の物質と反応し、それにより上記目的を達成する。前記距離と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm) ≤6、および、 9 ≤D₂ (nm) ≤ 15であってもよい。前記生体分子は、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択され得る。前記所定の物質は、タンパク質であり得る。前記タンパク質は、酵素であり得る。前記酵素は、リゾチームであり得る。前記炭素主部は、面心立方となるように位置し得る。前記炭素多孔体の比表面積は、 1600m²/g以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 2. 0 cm³Zg以上であってもよい。発明の効果

本発明による製造方法によれば、複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリ力多孔体をレプリカとして用いる。このようなケージ型シリ力多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな孔容量および比表面積を有することができる。また、このようなケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、所定のモル比（すなわち、 0. 8<C/S i<3. 0) を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない規則性の高い炭素多孔体が得られる。このようにして得られた炭素多孔体は、従来よりも吸着力を向上させることができるとともに、従来吸着できなかった大きな物質をも吸着することができる。また、炭素多孔体内への吸着物質の拡散も容易となり得る。図面の簡単な説明

図 1 ；本発明による炭素多孔体（I CY) の製造方法を示すフローチャート図 2 ； KI T— 5の模式的構造を示す図

図 3 ；本発明による炭素多孔体（I CY) の模式図

図 4；本発明による生体分子素子の模式図

図 5； (a)焼成温度の異なるケージ型シリカ多孔体 K I T一 5 (K I T-5 — 150、 KI T一 5— 130および K I T一 5-100)それぞれの X線回折パターン、

(b) I CY (I CY— 1、 I CY— 2および I CY— 1，）それぞれの X線回折パターンとを示す図図 6 ； I CY— 1の（a) 空孔に平行な面、および、（b) 断面の顕微鏡写真図 7 ； I CY— 1、 I CY— 2および I CY— 1 ' の ) 窒素吸脱着等温線および（b) 細孔分布を示す図

図 8 ; I CY— 1、 I CY— 3、 I CY—4および I CY— 2，の X線回折パターンを示す図

図 9 ; I CY— 1、 I CY— 3、 I CY— 4および I CY— 2 ' の窒素吸脱着等温線を示す図

図 10 ； I CY— 3および I CY— 4のタンパク質（リゾチーム）の吸着特性を示す図

図 11 ； I CY— 3によるタンパク質（リゾチーム）の吸着前後における赤外吸収スぺクトルを示す図

図 12 ；従来技術による炭素分子体の製造方法を示すフローチャート符号の説明

200. ケージ型シリカ多孔体

210. シリカ骨格

220. 孔

230 チャネル

300 炭素多孔体（I CY)

310 炭素主部

320 灰結合体

400 生体分子素子

410 生体分子材料発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する

(実施の形態 1 )

図 1は、本発明による炭素多孔体（I CY) の製造方法を示すフローチャートである。工程ごとに説明する。

工程 S 110 :ケージ型シリカ多孔体と炭素源とを混合する。ここで、ケージ型シリカ多孔体中のケィ素（S i) と炭素源中の炭素（C) とのモル比（C/S i) は、関係 0. 8<CZS iく 3. 0を満たす。図 2は、 KI T一 5の模式的構造を示す図である。

ケージ型シリカ多孔体の一例として K I T一 5の模式的構造 200を示す。ケージ型シリカ多孔体の一例である K I T— 5は、シリカからなるシリカ骨格 21 0と、複数の孔 220と、チャネル 230とを含む。複数の孔 220およびチヤネル 230は、シリカ骨格 210によって形成されている。複数の孔 220は、三次元的（図では簡単のため二次元のみを示す）に規則的かつ対称に位置している。チャネル 230は、複数の孔 220のそれぞれを相互に結合している。複数の孔 220のそれぞれの直径と、チャネル 230の径 d ₂とは、関係くを満たす。このように、ケージ型シリカ多孔体は、内部にケージ型（鳥かご状）の空間を有しており、その空間は空間の入り口よりも空間の内径の方が大きい構造を有している。ケージ型シリカ多孔体として K I T— 5を用いた場合、複数の孔 220は、面心立方 Fm 3 mの対称性を有している。このような KI T— 5は、例えば、 K 1 e i t zらの J. P hy s . Ch em. 107, 14296 (2003) に記載される技術を用いて製造され得る。なお、 K I T一 5の比表面積、格子定数、直径、および、径等は、製造条件（例えば、焼成温度）によって大きく異なる。好ましい K I T一 5の比表面積 s (m²Zg)、格子定数 a_fl (nm)、直径およびチャネル d₂ (nm) は、それぞれ、 450<s (m ) <690、 1 7<a₀ (nm) <22、 10<d, (nm) <14、および、 4<d₂ (nm) < 6である。これらの条件のうち、少なくとも、比表面積 sおよびチャネル径 d₂の条件を満たしていることが望ましい。これは、比表面積 sに対してチャネル径が小さすぎると、 K I T一 5が安定なレプリカとして機能しないためである。もっとも好ましくは、 K I T— 5が、これらすベての条件を満たすことである。得られる炭素多孔体（I CY) の構造は、選択されたケージ型シリカ多孔体の構造に依存することに留意されたい。したがって、ケージ型シリカ多孔体を適宜選択することによって、所望の形状、孔径および比表面積を有する炭素多孔体が得られ得る。再度、図 1の工程 S 110を参照する。炭素源は、炭素と、水素および酸素の一部および全部とからなる化合物

である（1， m, nは 0または正の整数であり、 1≠0である）。このような炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から少なくとも 1つ選択される。より好ましくは、糖類は、ショ糖または Zおよびブドウ糖であり得る。アルコール類は、ォク夕ノール、へキサンジオールおよびべンジルアルコールからなる群から選択される。アルデヒド類は、ァセトアルデヒドまたは Zおよびプチルァルデヒドであり得る。ケトン類は、ジブチルケトンまたは Zおよびシクロへキサノンであり得る。カルボン酸は、酪酸または/および吉草酸であり得る。ェ一テル類は、ジプチルエーテルまたは Zおよびジォキサンであり得る。炭化水素類は、ドデカン、ァダマンタンおよびナフ夕レンからなる群から選択される。炭素源は、上述の材料の 1つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、炭素源は、上述の材料に限定されない。本発明で用いられるケージ型シリ力多孔体は、従来用いられているシリ力多孔体に比べて比表面積および孔容積が小さい。したがって、従来の炭素多孔体の製造方法を適用した場合、炭素源不足によってケージ型シリカ多孔体内に炭素源を十分に充填できない、または、炭素源過剰によってケージ型シリカ多孔体を除去した後に炭素同士の癒着が生じる等の問題が発生し、孔構造が規則的な炭素多孔体が得られない。つまり、ケージ型シリカ多孔体に対する炭素源の割合が重要である。本発明では、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、ケージ型シリカ多孔体中のケィ素（S i ) と炭素源中の炭素（C) とのモル比（CZ S i )が、関係 0 . 8 < C/ S i < 3 . 0を満たすように混合される。この範囲内であれば、孔構造が規則的な炭素多孔体（I C Y) が得られ得る。より好ましくは、 0 . 8 5≤C/S i≤0 . 9 5である。また、上述の範囲内でモル比を調整することによって、得られる炭素多孔体の孔構造（すなわち、孔容積、表面積、孔径（後述の距離 1^に相当）および内部ケージ空間の直径（後述の距離 D₂に相当））を制御することができる。工程 S 1 2 0 ：工程 S 1 1 0で得られた混合物を加熱する。これによつて、混合物が反応し、炭素多孔体が得られ得る。より詳細には、第 1の温度で混合物を重合化し、次いで、第 1の温度よりも高い第 2の温度で混合物を炭化する。重合化は、大気中、 7 0 〜 1 5 0 °Cの温度範囲から選択される第 1の温度で 5時間〜 8時間加熱することによって行われる。加熱には、オーブンやホットプレー卜等の任意の加熱手段が用いられ得る。この加熱によつて混合物のうち炭素源が重合化される。次いで、これらを攪拌することによってケージ型シリカ多孔体の細孔に炭素源が位置することになる。重合化は、 1 4 0 °C〜1 6 O の温度範囲から選択される温度でさらに 5時間〜 8時間加熱してもよい。これにより、重合をより確実に行うことができる。炭化は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、 7 0 0 〜 9 0 0 °Cの温度範囲から選択される第 2の温度で 4時間〜 8時間加熱することによって行われる。加熱には、電気炉等の任意の加熱手段が用いられ得る。この加熱によって、重合化された炭素源が炭化される。このようにして、ケージ型シリカ多孔体の細孔内に得られた反応物が、炭素多孔体（I C Y) である。なお、炭化する前に、重合化によって得られた重合体を乾燥させ、微粒子化してもよい。これによつて炭化時間を短縮させることができる。工程 S 1 3 0 :工程 S 1 2 0で得られた反応物からケージ型シリカ多孔体を除去する。フッ酸またはアルカリ水溶液を用いてケージ型シリカ多孔体をろ過することによって、反応物である I C Yのみを抽出することができる。なお、ケージ型シリ力多孔体を溶解させることができる任意のアル力リ水溶液を用いることができる。工程 S 1 3 0の後、抽出された反応物を洗浄し乾燥してもよい。洗浄には、純水、蒸留水、または、エタノールが用いられる。乾燥は、オーブンやホットプレ —卜等の任意の加熱手段を用いて行われ得る。本発明による製造方法によれば、レプリ力として複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリ力多孔体を用いて、新規なケージ型炭素多孔体が得られ得る。このようなケージ型シリ力多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな比表面積および孔容量を有することができる。また、本発明による製造方法によれば、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、上述の所定のモル比を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない、ケージ型シリカ多孔体の構造を反映した規則性の高い炭素多孔体が得られる。図 3は、本発明による炭素多孔体（I C Y) の模式図である。

図 3に示される炭素多孔体（I C Y) 3 0 0は、図 1を参照して説明した本発明による方法においてケージ型シリカ多孔体として K I T一 5を用いた場合の例示である。 I C Y 3 0 0の構造は、図示される構造に限定されないことを理解されたい。本発明による炭素多孔体（I C Y) 3 0 0は、炭素骨格から構成されている。 I C Y 3 0 0は、炭素主部 3 1 0と炭素主部 3 1 0のそれぞれを相互に結合する炭素結合部 3 2 0とを含む。炭素主部 3 1 0は、三次元的（図では簡単のため二次元のみを示す）に規則的かつ対称に位置している。炭素主部 3 1 0間の距離と、炭素結合部 3 2 0間の距離 D₂とは、関係 D _t<D₂を満たす。このように、 I C Y 3 0 0は、炭素骨格が厚く細い孔を形成している部分（炭素主部 3 1 0間）によって、広い空間（炭素結合部 3 2 0間）がつながれている構造を取る。炭素主部 3 1 0は、好ましくは、面心立方となるように位置している。距離 D, (nm) は、好ましくは、 4nm以上 6 nm以下である。距離 D₂ (n m) は、好ましくは、 9 nm以上 15 nm以下である。なお、図 1を参照して説明した本発明による方法によって、比表面積 1300 m²/g以上、および Zまたは、孔容量 1. 5 cm³Zg以上の I CY300を得ることができる。ケージ型シリカ多孔体を適宜選択することによって、比表面積が 1600m² Zg以上、および Zまたは、孔容量が 2. 0 cm³/g以上である I CY300が得られ得る。本発明による I CY300によれば、距離 D₂で示されるケージ径を有する空間内に、従来よりも大きな種々のタンパク質等の物質を効率的に固定化（吸着）することができる。また、図 3を参照して説明したように、本発明によるケージ型シリカ多孔体は、細い孔と広い内部空間とを有しており、触媒反応を行うに適した構造を有している。本発明による炭素多孔体は、燃料電池におけるアノードまたは力ソードに用いられる触媒として利用可能である。本発明による炭素多孔体を用いれば、従来技術に比べて大きな比表面積および/または孔容量を有するため、触媒活性の向上、および、分散度を高めることができる。したがって、本発明による炭素多孔体を用いれば、燃料電池に用いられるべき触媒量を従来よりも低下させることができ、小型化できる。さらに、本発明による炭素多孔体は、吸着剤として利用可能である。特に、シリカ多孔体と異なり、疎水性の高い炭素多孔体は、疎水基を有する有害物質の吸着に有効であり得る。そのような有害物質には、例えば、 PCB、内分泌撹乱物質である環境ホルモン、臭い物質が挙げられる。次に、実施の形態 1で説明した本発明によるケージ型シリカ多孔体を生体分子素子（生体分子認識素子）に応用した例を示す。

(実施の形態 2)

図 4は、本発明による生体分子素子の模式図である。

生体分子素子 400は、ケージ型シリカ多孔体 300と、ケージ型シリカ多孔体 300の内壁面に吸着した生体分子材料 410とを含む。生体分子素子 400は、ケージ型シリ力多孔体 300に生体分子材料を固定化するだけで製造され得る。生体分子材料 4 1 0は、特定の物質と選択的に反応する物質（レセプ夕）、特定の物質に選択的に触媒作用をもたらす物質、特定の物質以外の物質を不活性化する物質等であり得る。

生体分子材料 4 1 0は、例えば、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択される。また、上述の特定の物質は、タンパク質である。より詳細には、酵素であり、さらに詳細には、リゾチームである。生体分子材料 4 1 0の固定化は、上述の生体分子材料 4 1 0が溶解した溶液に本発明によるケージ型シリカ多孔体 3 0 0を浸漬させることによって、溶液中の生体分子材料 4 1 0がケージ型シリカ多孔体 3 0 0に吸着し得る。なお、生体分子材料が吸着したケージ型シリカ多孔体 3 0 0を適宜乾燥させて、不要な溶媒を除去してもよい。このようにして得られた生体分子素子 4 0 0の動作を説明する。

生体分子素子 4 0 0は、例えば、検知手段（図示せず）とともに用いられ得る。検知手段は、生体分子素子 4 0 0が特定の物質を検知したことを電流、電圧、光量、質量、熱量等の何らかの変化として表示できれば任意であり得る。なお、生体分子素子 4 0 0の生体分子材料 4 1 0自身が、そのような変化を可視できる材料であれば、検知手段を省略してもよい。被検体溶液が生体分子素子 4 0 0に提供される。

被検体溶液は、生体分子素子 4 0 0内を通過し、排出される。その際、被検体溶液が、上述の生体分子材料 4 1 0に対して何らかの反応を示す物質を含み得る場合、生体分子材料 4 1 0は、被検体溶液中の物質と反応する、その物質に対して触媒作用をもたらす、または、その物質以外の物質を不活性化する等し得る。そのような変化を生体分子素子 4 0 0が特定の物質を検知したことを示す信号 (すなわち、電流、電圧、光量、質量、熱量等の変化に相当する信号）を検知手段に通知する。検知手段は、生体分子素子 4 0 0からの信号に基づいて、被検体溶液に特定の物質が存在することを表示し得る。被検体溶液が、上述の生体分子材料 4 1 0に対して反応を示す物質を含み得ない場合、生体分子材料 4 1 0は、特定の物質を検知しなかったことを示す信号（すなわち、電流、電圧、光量、質量、熱量等の変化ゼロに相当する信号）を検知手段に通知する。検知手段は、生体分子素子 4 0 0からの信号に基づいて被検体溶液に特定の物質が存在しないことを表示し得る。なお、異なる物質に対して反応する生体分子材料 4 1 0をそれぞれ固定化させた、複数の生体分子素子 400を組み合わせることによって、同時に数種類の物質を検出することも可能である。次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。実施例 1 ；

図 1を参照して説明した本発明による製造方法を用いて、炭素多孔体を製造した。ケージ型シリカ多孔体として 150°Cで作製された K I T-5 (以降では K I T—5— 150と示す） 1 g、炭素源としてショ糖 0. 75 gを準備し、これらを濃硫酸 0. 8 gおよび水 2. 5 gに混合させた。ここで、シリカ多孔体中のケィ素 (S i) と炭素源中の炭素 (C) とのモル比は、 CZS 1 = 1. 5であつた。次いで、混合物を大気中 100°C、 6時間、オープン中で加熱した。さらに、 160 まで昇温し、 6時間保持して、完全に重合させた。得られた重合体を 5 Oml/分で窒素フローしながら、 877°Cで 6時間保持し、炭化させた。 5重量％フッ酸を用いて、 K I T— 5— 150を溶解除去した後、反応物 I CY (以降では I C Y— 1と称する）をエタノールで数回洗浄し、 120°Cで乾燥させた。得られた反応物 I CY_ 1について、 X線回折装置（S i eme n s D 50 05, B r uc ke r AXS、 UK) を用いて構造解析を行った。 X線回折装置の動作条件は、 Cu—Ko!線を用いて、 40 kV/50mA、 0. 5° 2 Θ / 分の走査速度であった。用いた K I T— 5— 150の X線回折パターンと、 I C Y— 1の X線回折パターンとを比較した。高分解能透過型電子顕微鏡 (J EOL- 3000 Fおよび J EOL-3100 FEF、日本電子、 J ap an) を用いて、 I C Y— 1の観察を行った。 I CY _1を、乳鉢を用いて粒子状にし、それを Cu製格子上に位置する穴の開いた炭素膜上に分散させて試料を調整した。透過型電子顕微鏡の動作条件は、加速電圧 300 kV、分解能 15万〜 120万倍であった。比表面積 ·細孔分布測定装置（Au t o s o r b 1, Quan t ac h r o me、 USA) を用いて窒素吸脱着等温線を測定した。 1。丫ー1を5231：で圧力 10— 5 h P a以下で 3時間脱気した後、 77 Kにて測定した。吸脱着等温線を測定することにより、細孔有無、細孔の形状および大きさが分かる。以上の結果を以下図 5〜図 9に示し詳述する。実施例 2 ；

ケージ型シリカ多孔体として 130 で作製された K I T一 5 (以降では K I T一 5— 130と示す）を用いた以外は、実施例 1と同様の製造条件、製造プロセスに基づいて I C Yを製造した。得られた反応物 I CY (以降では I CY— 2と表す）について、実施例 1と同様、 X線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積 ·細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。以上の結果を以下図 5および図 7に示し詳述する。比較例 1 ；

ケージ型シリカ多孔体として 100°Cで作製された K I T— 5 (以降では K I T一 5— 100と示す）を用いた以外は、実施例 1と同様の製造条件、同様の製造プロセスによって処理した。得られた反応物 I CY (以降では I CY— 1 ' と示す）について、 X線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積 ·細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。以上の結果を以下図 5および図 7に示し詳述する。実施例 3 ；

炭素源としてショ糖を 0. 45 g用いた以外は、実施例 1と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケィ素（S i)と炭素源中の炭素（C) との関係は、 C/S i=0. 9であった。この実施例 3で得られた反応物 I CY

(以降では I CY— 3と示す）について、 X線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積 ·細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。次いで、 I CY— 3のタンパク質（リゾチーム）吸着特性を調べた。 pHl l のリゾチーム緩衝水溶液（濃度は 1 から 280 ΠΙΟ 1 の範囲） 4gに、 2 Omgの I CY— 3を分散させた。分散液を 20° (：、速度 160 回分で攪拌させながら約 96時間保持した。 P及着平衡に達した後、上澄み液の紫外光吸収（281. 5 nm) を、紫外可視分光光度計（S h i ma d z uUV -3150, 島津製作所、 J ap an) で測定した。なお、参考のために、既知の炭素多孔体 CMKの吸着特性と、 I C Y— 3の吸着特性とを比較した。さらに、 I CY_ 3によって吸着されたタンパク質の安定性を調べるために、タンパク質の吸着前後における赤外吸収スぺクトルをフーリエ変換赤外分光光度計（N i c o l e t Nexu s 670、 The rmo E l e c t r on、 U S A)を用いて測定した。測定波長領域は、 400 cm―¹〜 950 cm— ¹であった。以上の結果を以下図 8〜図 11に示し詳述する。実施例 4 ；

炭素源としてショ糖を 1. 2 g用いた以外は、実施例 1と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケィ素（S i) と炭素源中の炭素（C) との関係は、 C/S i =2. 4であった。実施例 4で得られた反応物 I CY (以降では I CY— 4と示す）について、 X線回折装置を用いた構造解析、比表面積' 細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定、および、紫外可視分光光度計を用いたリゾチームの吸着特性測定を行った。以上の結果を以下図 8〜図 10に示し詳述する。比較例 2 ；

炭素源としてショ糖を 2. 0 g用いた以外は、実施例 1と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケィ素（S i) と炭素源中の炭素（C) との関係は、 CZS i =4. 0であった。比較例 2で得られた反応物 I CY (以降では I C Y— 2 'と示す）について、 X線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積 ·細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。以上の結果を以下図 8〜図 9に示し詳述する。図 5は、（a)焼成温度の異なるケージ型シリカ多孔体 KI T一 5 (KI T— 5 — 150、 KI T一 5— 130および KI T— 5—100) それぞれの X線回折パターンと、 (b) I CY ( I CY- 1, I CY - 2および I CY— 1 ') それぞれの X線回折パターンとを示す図である。図 5 (a) に示されるように、実施例 1、 3〜4、および、比較例 2で用いた焼成温度 150°Cの K I T一 5— 150、実施例 2で用いた焼成温度 130°Cの KI T— 5— 130、および、比較例 1で用いた焼成温度 100°Cの KI T—5 一 100のいずれも、 20 = 0. 7〜 3の範囲において、面心立方格子（空間群 Fm6m) の（111)、（200) および（220) の回折に相当するピークが確認された。なお、焼成温度が高温になるにしたがって、回折ピークは低角側にシフトするとともに回折強度は大きくなった。回折ピーク（111)から格子定数 a_Qを求めた。それぞれの結果を表 1に示す。表 1に示されるように、 KIT— 5—100、 KI T_5— 130および KIT 一 5— 150の格子定数 a。は、それぞれ、 18. 1 nm、 19. 0 nmおよび 2 0. 7 nmであった。焼成温度が高温になるにしたがって、格子定数 a_Qは長くなつていることが分かった。用いた KIT一 5の比表面積、孔容量、直径 d, (図 2 の直径に相当）、および、径 ₂ (図 2の径に相当）について調べた結果も表 1に示す。表 1 ；

表 1から分かるように、焼成温度が高温になるにしたがって、ミクロ細孔（ミクロポア）が除かれ比表面積が減少する一方で、や d₂の値が増加し孔容積が増大することが分かった。なお、このような KI T— 5の構造上の差異は、詳細な焼成条件（昇温速度、焼成雰囲気、焼成時間等）によっても生ずることに留意されたい。図 5 (b) に示されるように、図 5 (a) の回折パターンと同様の面心立方格子（空間群 Fm6m) の（111)、（200) および（220) の回折に相当するピークが確認された。しかしながら、いずれもピークはブロードであり、回折強度も低下した。 KIT一 5と同様に、用いた KIT一 5に依存して、回折ピ一クのシフト、および、回折強度の変化が確認された。同様に回折ピーク（111) から格子定数 a 0を求めた。それぞれの結果を表 2に示す。 I CY— 1 I CY- 2および I CY— の格子定数 a。は、それぞれ、 20. 68 nm, 18. 2 n mおよび 16. 8 nmであった。いずれも用いた K I T— 5の格子定数と同様の値を有していることが分かった。このことは、レプリカであるケージ型シリカ多孔体（実施例では KI T一 5) を除去した後も、レプリカの規則構造を維持していることを示す。なお、図 5 (b) に示される回折パターンが残留 K I T一 5によるものでないことを確認するため、酸素雰囲気中で I CYについて熱重量測定を行った。いずれの i CY_l I CY—2および I CY— 1 ' も残留 KI T— 5は、 1重量％ 1. 5重量％程度であることが分かった。このことより、図 5 (b) の X線回折パターンは、残留 I T— 5によるものではないことを確認した。以上より、用いる KI T— 5によって得られる I CYの格子定数が異なることが分かった。より詳細には、格子定数 a_flの大きな KIT— 5を選択することによつて、格子定数の大きな I CYを得ることができることが分かった。好ましい K I T一 5の格子定数 a。の範囲は、 17<a。 (nm) <22である。図 6は、 I CY—lの（a) 空孔に平行な面、および、（b) 断面の顕微鏡写真である。図 6において、コントラストの明るい縞は、細孔壁（例えば、図 3の 3 10または 320) を示し、コントラストの暗い縞は、細孔（例えば、図 3の距離 D₂で示される空間）を示す。図 6 (a) および（b) より得られた I CY— 1 が、規則性の高い構造と、細孔分布とを有していることが分かった。なお、これらの像には、明るいスポットが規則正しく並んでおり（図 6中の挿入図）、ケージ型の多孔性構造を有していることが確認された。なお、 I CY— 2 においても同様の顕微鏡写真が得られたが、 I CY— 1 ' は、細孔がつぶれており規則性は見られなかった。これは、比較的低温で焼成した K I T—5_ 100 を用いた場合、内部に残存するミクロポアによって、 K I T— 5—100がレプリカとして安定に機能しなかったためである。図 7は、 I CY— 1、 I CY— 2および I CY— 1 ' の（a) 窒素吸脱着等温線および（b) 細孔分布を示す図である。図 7 (a) に示されるように、 I CY 一 1および I CY— 2の窒素吸脱着等温線は、 H 2型（ I U P A C分類における

IV型）のヒステリシスを示した。このことは、 I CY— 1および I CY— 2中にメソポア（2〜50 nmの直径を有する細孔）が存在し、相対圧力 0. 5〜0.

8において毛管凝縮に起因する窒素吸着が生じていることを示唆している。一方、 I CY- 1 'の窒素吸脱着等温線は、 I I型（I UP AC分類）であり、ヒステリシスを示さなかった。このことは、 I CY—1 ' 中に細孔がないか、または、マイクロポア（2 nm以下の直径を有する細孔）が存在するかを示している。このことは、 I CY— の窒素吸着量が、 I CY— 1および I CY— 2の窒素吸着量に比べて大幅に少ないことに寄与している。次いで、図 7 (a) の窒素吸脱着等温線それぞれより BETの式を用いて、 I CY_ 1、 I CY— 2および I CY— 1 ' の比表面積および孔容量を求めた。それらの結果を表 2に示す。

I CY— 1 ' は、細孔がないか、または、マイクロポアが存在する程度であるため、比表面積は 500m²Zg以下、孔容量は 0. 4 cm³Zg以下であった。しかしながら、内部にメソポアを有する I CY— 1および I CY— 2は、 140 0m²Zg以上の比較的大きな比表面積、および、 1. 5 cm³Zg以上の比較的大きな孔容量を有していることが分かった。特に、 2. 0 cm³Zg以上の孔容量を有する I C Y— 1は、従来の炭素多孔体よりも孔容量が大きく、生体分子等の大きな構造を有する物質の吸着（固定）に有利であり得る。再度、表 1および表 2を参照すると、比表面積が小さい KI T— 5を用いるほど、大きな比表面積を有する I CYが得られたこと分かった。また、これにともなって、大きな孔容量の K I T一 5を用いるほど、大きな孔容量を有する I CYが得られたことが分かった。好ましくは、用いる KI T— 5 の比表面積 sは、 450<s (m²/g) <690の範囲を満たす。図 7 (b) は、図 7 (a) の窒素吸脱着等温線それぞれの孔容量から求めた細孔分布である。ここで求めた細孔径0,は、図 3を参照して説明した距離と同様である。この結果を表 2に示す。図 7 (b) より、 I CY— 1の細孔径0,は、 5. 2nmであり、 I CY— 2の細孔径1^は、 4. 0 nmであることが分かった。一方、 I CY- 1 ' は、明瞭な細孔分布を示さなかった。図 7 (a) および（b)、ならびに、顕微鏡写真（図示せず）から、 I CY—1 ' は、細孔（わずかにマイクロポアを含む）を有さず、その構造が一部崩壊していることが分かった。これは、表 1を参照して、用いた K I T-5- 100のチャネル径がその比表面積に対して小さすぎたため、 K I T一 5— 100がレプリカとして安定に機能しなかったためである。したがって、図 3に示すような安定した構造を有する I CYを確実に得るためには、上述の I T- 5の好ましい比表面積に加えて、 4 <d₂ (nm) <6の好ましいチャネル径の範囲を満たす K I T一 5を用いることである。次いで、細孔径0,からケージ径13₂ (すなわち、図 3の距離 D₂に相当）を次式 (1) を用いて求めた。

D₂=a₀X (6 B /% V ) ^1/3 … (1)

式（1) において、は I CYの格子定数（nm)、 εは細孔の体積分率、リは単位格子中の細孔の数（空間群 F_n3mの場合リ =4である）である。得られた結果を表 2に示す。

I CY— 1のケージ径13₂は、 13. 5nmであり、 10丫ー2のケージ径0₂ は、 12. 3 nmであった。少なくとも上記の比表面積およびチャネル径の条件を満たす KI T一 5を用いれば、実用に際する細孔径0!およびケージ径 D₂ (すなわち、 4≤D, (nm) ≤6, および、 9≤D₂ (nm) ≤15) を有する I C Yが得られる。以上、実施例 1、 2および比較例 1より、シリカ多孔体中のゲイ素（S i) と炭素源中の炭素（C) とのモル比が一定である（例えば、 C/S i = l. 5) 場合、安定であり、比表面積および孔容量の大きな I CYを得るためには、適切なレプリカを選択することが重要であることが示唆された。特に、比表面積、孔容量およびケージ径の大きな I CYを得るためには、格子定数の大きなレプリカを用いることが有効であり得る。より詳細には、比表面積 sが、 450<s (m² Zg) <690の範囲を満たし、かつ、チャネル径 1₂が、 4<d₂ (nm) く 6 を満たす K I T一 5をレプリカとして用いることが望ましい。図 8は、 I CY— 1、 I CY— 3、 I CY— 4および I CY— 2，の X線回折パターンを示す図である。図 5 (b) に示した I CY— 1と同様に、 I CY— 3 および I CY— 4において、 2 Θ = 0. 7〜3の範囲において、面心立方格子（空間群 Fm6m) の（11 1)、（200) および（220) の回折に相当するピークを有する X線回折パ夕一ンが確認された。これらの X線回折パターンにおいて回折ピークの実質的なシフトは見られなかった。一方、 I CY—2' は、面心立方格子の X線回折パターンを示さなかった。回折ピーク（11 1) から格子定数 &₀を求めた。

それぞれの結果を表 2に示す。図 5および表 2を参照して上述したように、用いたレプリカ（ここでは K I T- 5- 150) の格子定数 a₀は 20. 7 nmであつた。 I CY— 1、 I CY— 3および I CY— 4の格子定数 a _Qは、それぞれ 20. 68 nm, 19. 98 nmおよび 19. 48 nmと K I T— 5の格子定数と同様の値を有していた。一方、 I CY— 2，の格子定数 a。は、 7. 03 nmと K I T一 5の構造を反映していないことが分かった。以上より、同一のレプリカを用いた場合、シリカ多孔体中のケィ素（S i) と炭素源中の炭素（C) とのモル比が結晶構造の安定性に寄与していることが示唆された。図 9は、 I CY—1、 I CY— 3、 I CY— 4および I CY— 2，の窒素吸脱着等温線を示す図である。図 9に示されるように、いずれの窒素吸脱着等温線も、 H 2型（I UP AC分類における I V型）のヒステリシスを示した。このことは、 I CY— 1、 I CY— 3、 I CY— 4および I CY— 2，中にメソポア（2〜5 0 nmの直径を有する細孔）が存在し、相対圧力 0. 5〜0. 8において毛管凝縮に起因する窒素吸着が生じていることを示唆している。しかしながら、図 8で説明したように、 I CY— 2' は、 KI T— 5に基づく構造を有しておらず、 K I T一 5とは異なる構造のメソポアを有しているものと思われる。これら窒素吸脱着等温線に基づいて、比表面積、孔容量、細孔径1^ならびにケージ径 D₂を求めた。それらの結果を表 2に示す。表 2に示されるように、 I CY _1、 I CY— 3および I CY—4の比表面積、孔容量、細孔径0,およびケージ径13₂は、それぞれ、 1515m²Zg、 2. 0 cm g, 5. 2nmおよび 15. O nm、 160 Om , 2. 1 cm³/g, 5. 2 nmおよび 14. 5 nm、および 1、 365m²Zg、 1. 8 c V g > 5. 6 nmおよび 14. 0 nmであった。特に、 I CY— 3は、従来知られている炭素多孔体の中で最も大きな比表面積および孔容量を有していることが分かった。これらの結果から、同一のレプリカを用いた場合、シリカ多孔体中のケィ素（S i) と炭素源中の炭素（C) とのモル比を変化させることによって、 I CYの構造、特に、比表面積および孔容量が変化し得ることがわかった。詳細には、シリ力多孔体中のケィ素（S i) に対して炭素源中の炭素（C) が多くなるにしたがつて、比表面積および孔容量ともに減少することが分かった。このことから、 K I T一 5を用いた場合、上記モル比は、関係 8<C/S i<3. 0を満たし、より好ましくは、関係 0. 85≤C/S i≤0. 95を満たす。表 2

図 10は、 I CY— 3および I CY— 4のタンパク質（リゾチーム）の吸着特性を示す図である。いずれの吸着特性も、次式（2) の吸着等温線に一致した。

n_s=Kn_fflc/ (1 +Kc) … (2)

式（2) において、 n_sは炭素多孔体へのリゾチームの吸着量、 Kは Langm u i r定数、 n_mは単分子層の飽和吸着量、 cはリゾチーム濃度である。上記式（2) から求めた I CY— 3および I CY— 4の飽和吸着量は、それぞれ 26. 5 nm 〇 1 ぉょび23. 8 ^mo lZgであった。一方、既知の CMKの飽和吸着量は 22. 9 / mo 1 Zgであった。上記 26. 5 nmo 1 /gの飽和吸着量は、従来の炭素多孔体で得られている最高値よりも 15%以上高いものであった。このことから、孔容量'比表面積の大きな炭素多孔体は、サイズの大きな生体分子（タンパク質、核酸、多糖類）の吸着、回収、除去、固定化に優れたものであることがわかる。図 11は、 I CY— 3によるタンパク質（リゾチーム）の吸着前後における赤外吸収スぺクトルを示す図である。図 11において吸着前のリゾチームの赤外吸収スぺクトルを一点鎖線で示し、 I C Y— 3に吸着されたリゾチームの赤外吸収スペクトルを点線で示す。図 11より、 I CY— 3に吸着後のリゾチームの赤外吸収スぺクトルは、吸着前のリゾチームの赤外吸収スぺクトルとほぼ同様であつた。また、アミド Iおよびアミド I I帯域における吸高度の吸着前後における変化は見られなかった。これにより、 I C Yに吸着したリゾチームは、着後にも I C Yと反応することなく安定であることが示唆された。このことは、 I C Yに吸着後のリゾチームを用いて、リゾチームに特定の反応を示す物質を検出する、分子認識素子として応用可能であることを示唆している。また、上述の生体分子を固定化したものは、固定化後も生体分子が安定に維持されるので、汚染物質を消化するリアクターや有害物質の高感度検出に向けたセンサーなどへの応用が期待される。産業上の利用可能性

本発明による製造方法によれば、複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリ力多孔体をレプリ力として用いる。このようなケージ型シリ力多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな孔容量および比表面積を有することができる。また、このようなケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、所定のモル比（すなわち、 0 . 8 <CZ S i < 3 . 0 ) を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない規則性の高い炭素多孔体が得られる。このようにして得られた炭素多孔体は、従来よりも吸着力を向上させることができるとともに、従来吸着できなかった大きな物質をも吸着することができる。また、炭素多孔体内への吸着物質の拡散も容易となり得る。このような炭素多孔体は、吸着剤、燃料電池の電極、分子認識素子等のセンサ一に応用可能である。

Claims

請求の範囲

1. 炭素多孔体（I CY) を製造する方法であって、

ケージ型シリカ多孔体と炭素源とを混合する工程であって、前記ケージ型シリカ多孔体は、シリカ骨格と、前記シリカ骨格によって形成された複数の孔と、前記複数の孔のそれぞれを相互に結合する、前記シリカ骨格によって形成されたチヤネルとを含み、前記複数の孔は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記複数の孔の直径と、前記チャネルの径とは、関係を満たし、前記ケージ形シリカ多孔体と前記炭素源とを、前記ケージ形シリカ多孔体中のケィ素 (S i) と前記炭素源中の炭素 (C) とのモル比（C/S i) が、関係 0. 8ぐ CZS i

<3. 0を満たすように混合する、工程と、

前記混合する工程によって得られた混合物を加熱する工程と、

前記加熱する工程によって得られた反応物から前記ケージ形シリカ多孔体を除去する工程とを包含する、方法。

2. 前記ケージ形シリカ多孔体は、 KI T一 5である、請求項 1に記載の方法。

3. 前記 K I T _ 5の比表面積 sは、 450<s (m²/g) <690である、請求項 2に記載の方法。

4. 前記 K I T— 5の距離 d₂は、 4<d₂ (nm) <6である、請求項 3に記載の方法。 '

5. 前記 K I T— 5の距離は、 1 (Xd, (nm) <14である、請求項 4に記載の方法。

6. 前記炭素源は、化学式

(ただし、し m、 nは、 0または正の整数であり、 1≠0である）を満たす、請求項 1に記載の方法。

7.前記化学式を満たす炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から選択される、請求項 6に記載の方法。

8. 前記糖類は、ショ糖またはブドウ糖である、請求項 7に記載の方法。

9. 前記アルコール類は、ォク夕ノール、へキサンジオール、および、ベンジルアルコールからなる群から選択される、請求項 7に記載の方法。

10. 前記アルデヒド類は、ァセトアルデヒドまたはプチルアルデヒドである、請求項 7に記載の方法。

1 1. 前記ケトン類は、ジブチルケトンまたはシクロへキサノンである、請求項 7に記載の方法。

12. 前記カルボン酸類は、酪酸または吉草酸である、請求項 7に記載の方法。

13. 前記エーテル類は、ジブチルエーテルまたはジォキサンである、請求項 7 に記載の方法。

14. 前記炭化水素類は、ドデカン、ァダマンタン、および、ナフ夕レンからなる群から選択される、請求項 7に記載の方法。

1 5. 前記ケージ形シリカ多孔体中のケィ素（S i) と前記炭素源中の炭素（C) とのモル比（C/S i) は、関係 0. 85≤CZS i≤0. 95を満たす、請求項 1に記載の方法。

16. 前記加熱する工程は、第 1の温度で前記混合物を重合化する工程と、前記第 1の温度よりも高い第 2の温度で前記混合物を炭化する工程とをさらに包含する、請求項 1に記載の方法。

1 7. 前記重合化する工程は、大気中、 70°C〜150°Cの温度範囲から選択される前記第 1の温度で 5時間〜 8時間、前記混合物を加熱する、請求項 16に記載の方法。

18. 前記重合化する工程は、大気中、 140°C〜160°Cの温度範囲から選択される温度で 5時間〜 8時間、前記混合物をさらに加熱する、請求項 17に記載の方法。

19. 前記炭化する工程は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、 700°C 〜900°Cの温度範囲から選択される前記第 2の温度で 4時間〜 8時間、前記混合物を加熱する、請求項 16に記載の方法。

20. 前記除去する工程は、フッ酸またはアルカリ水溶液を用いて前記反応物をろ過する、請求項 1に記載の方法。

21. 前記除去する工程の後に、前記反応物を洗浄し、乾燥する工程をさらに包含する、請求項 1に記載の方法。

22. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（I CY) であって、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離 1^と、前記炭素結合部間との距離 D₂とは、関係 1^<0₂を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 1300m²Zg以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cm³/g以上である、炭素多孔体。

23. 前記距離と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm)≤6、および、 9≤D₂ (nm) ≤15である、請求項 22に記載の炭素多孔体。

24. 前記炭素主部は、面心立方となるように位置している、請求項 22に記載の炭素多孔体。

25.前記炭素多孔体の比表面積は、 1600m²Zg以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 2. 0 cm³Zg以上である、請求項 22に記載の炭素多孔体。

26. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（I CY) を含む吸着剤であつて、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離と、前記炭素結合部間との距離 D₂ とは、関係 D_t<D₂を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 130 Om /g以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cm³Zg以上である、吸着剤。

27. 前記距離 D₁と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm)≤6、および、 9≤D₂ (nm) ≤ 15である、請求項 26に記載の吸着剤。

28. 前記炭素主部は、面心立方となるように位置している、請求項 26に記載の吸着剤。

29.前記炭素多孔体の比表面積は、 160 Om²Zg以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 2. O cm³Zg以上である、請求項 26に記載の吸着剤。

30. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（I CY) と、前記炭素多孔体に固定された生体分子とを含む生体分子素子であって、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離と、前記炭素結合部間との距離 D₂とは、関係 Di<D₂を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は 130 Om²Zg以上であり、かつ/または、前記炭素多孔体の孔容量は 1. 5 cm³/g以上であり、

前記生体分子は、前記炭素主部と前記炭素結合部とによつて形成された孔内に固定されており、前記生体分子は、所定の物質と反応する、生体分子素子。

31. 前記距離 D,と前記距離 D₂とは、それぞれ、 4≤D, (nm)≤6、および、 9≤D₂ (nm) ≤15である、請求項 30に記載の生体分子素子。

32. 前記生体分子は、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択される、請求項 30に記載の生体分子素子。

33.前記所定の物質は、タンパク質である、請求項 30に記載の生体分子素子。

34. 前記タンパク質は、酵素である、請求項 33に記載の生体分子素子。

35. 前記酵素は、リゾチームである、請求項 34に記載の生体分子素子。

36. 前記炭素主部は、面心立方となるように位置している、請求項 30に記載の生体分子素子。

37.前記炭素多孔体の比表面積は、 1600m²/g以上であり、かつ Zまたは、前記炭素多孔体の孔容量は 2. 0 c m 以上である、請求項 30に記載の生体分子素子。