WO2007097339A1 - 炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

明 細 書

炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製 造方法及び製造装置

技術分野

[0001] 本発明は、炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製 造方法及びその製造装置に係り、特にカーボンナノチューブやフラーレン等の炭素 系物質、ナフタレン、アントラセン等の炭化水素化合物を製造するのに好適な製造方 法及び製造装置に関する。

背景技術

[0002] C60や C70を代表とするフラーレンやカーボンナノチューブは、それまでの炭素物 質とは異なる特異な電子物性を示すため、グラフアイト、アモルファスカーボン、ダイ ャモンドとは異なる新しい炭素の同素体として注目を集めている。カーボンナノチュ ーブは、フラーレンと同様、炭素のみを構成元素とした新しい材料であって、半導体 材料等としての機能を有することが発見され、電子工業の各分野における活用が望 まれている。特に、カーボンナノチューブは、わずかに原子配列の仕方 (カイラリティ） が変化することで、半導体にも、導体にもなり得ることから、ナノメーターサイズの低次 元電気伝導材料やスイッチング素子として期待されている。

[0003] また、 C60や C70に代表されるフラーレンは、それら以外にも多数の種類があり、多 数の炭素原子が球状の籠型に配置されて一つの分子を構成してレ、る。またフラーレ ンは、ベンゼン等の有機溶媒に可溶なため取り扱い性がよぐ超伝導体や半導体とし ての性質を有し、さらに、フラーレンの内部に異種の元素をドープしたり、外部に多種 の化学官能基を付与することで、機能性材料として有効な物性が発現する特性を有 することが知られている。

[0004] 従来、フラーレンやカーボンナノチューブ、更にはダイヤモンド等の炭素系物質は、 アーク放電等のプラズマ放電による方法、レーザーアブレーシヨン法、化学気相成長 法（CVD法）等で製造できることが知られてレ、る。

[0005] また、ダイヤモンドやフラーレンの製造方法に関しては、特許文献 1に提案されてい る。この方法は真空中で炭素試料へレーザ光を照射し、超微粒子化された炭素を基 板上に散布し、その後反応光を照射して、光化学反応により炭素系物質を成長させ る方法である。

[0006] し力、しながら、アーク放電等のプラズマ放電による方法、レーザーアブレーシヨン法 、化学気相成長法（CVD法）等アーク放電やレーザーアブレーシヨン等の方法によ つてフラーレンやカーボンナノチューブが生成される場合、複雑な化学反応が多様 に起きているので、カーボンイオンの量や運動エネルギーを安定に制御することが難 しぐフラーレンやカーボンナノチューブとともに、多量のアモルファスカーボン粒子、 および、グラフアイト粒子が同時に生成し、それらの混在した煤となってしまう。

[0007] すなわち、上記の方法においては、超高温中で行われるため、複数の活性種が複 雑な反応を起こし、生成物が不均一となり、しかも生成効率も低い。

[0008] したがって、フラーレンやカーボンナノチューブを工業的に利用しょうとする場合、 フラーレンやカーボンナノチューブの精製分離が必要となる。特にカーボンナノチュ ーブは溶媒に溶けないので、その精製に関しては遠心分離法、酸化法、限外ろ過法 、電気泳動法などの手法が提案されている。しかし、カーボンナノチューブと、不純物 となるアモルファスカーボンやグラフアイト粒子と、の物理的性質や化学的性質がほ ぼ等しいので、完全に不純物を取り除く分離精製法は確立されていない。また、多く の精製過程を経るために、その精製過程において、収率が極端に低下したり、逆に 分散剤として用いる界面活性剤により、アルカリ金属等や有機物が混入するなどの問 題がある。この課題を解決するために、カーボンナノチューブの合成段階において、 できるだけ、高純度なカーボンナノチューブ、すなわち、グラフアイト粒子ゃァモルフ ァスカーボン等が混在しないカーボンナノチューブを合成することが望まれている。

[0009] また、アレン誘導体の製造方法に二酸化三炭素の光分解によって発生したカーボ ンカルベンを利用して合成することが記載されており（非特許文献 1、 2参照）、 C 0〜

C 0直鎖状分子を二酸化三炭素の光分解によって発生したカーボンラジカルを利用 して合成することが記載されている。 （非特許文献 3, 4参照）

[0010] しかしながら、直線状の炭素分子で構成される鎖状炭素結合を合成する事はでき たが高次元の炭素多環化合物を合成する事が出来ない等の問題があった。 [0011] さらに、また、ナフタレン、アントラセン等の炭化水素化合物は、工業的には大規模 な装置で複雑な工程を経て合成されている。

[0012] 特許文献 1 :特開平 7— 291773号公報

非特許文献 l : J.Am.Chem.Soc. l987, 109, 7639- 7641

非特許文献2 :】 1^3.0½111.1992，96，2089-2091

非特許文献 3 : J.Am.Chem.Soc. l995, 117,3593- 3598

非特許文献 4 : J.Chem. Phys .Vol.102. No.4.22 January 1995

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] したがって、本発明は上記従来の技術の問題点を解決することを課題とする。具体 的には、高純度のフラーレンやカーボンナノチューブ等の炭素系物質、単環式炭化 水素化合物又は多環式炭化水素化合物を簡便に精度よく効率良く合成することが できる炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方 法および製造装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明者らは、フラーレンやカーボンナノチューブ等の炭素系物質、単環式炭化 水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造に、副反応少ないカーボン挿入反 応を適用することで不純物濃度が低い、高純度の炭素系物質、単環式炭化水素化 合物又は多環式炭化水素化合物を簡便に効率良く合成することができることを見出 し、効率的な精密合成である本発明に到達した。

すなわち、本発明は、

[0015] < 1 > カーボンカルベン： Cを含む雰囲気中でカーボン揷入反応によって炭素系物 質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物を成長させることを特徴と する炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法 である。

< 2 > カーボンカルベン： C力 物質を光分解、放電及び熱分解のいずれかの手段 で得られるカーボンカルベン： C、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で 得られるカーボンカルベン: Cであることを特徴とする前記 < 1 >に記載の炭素系物 質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法である。

< 3 > 前記カーボンカルベン： Cが、二酸化三炭素の光分解、放電及び熱分解の 少なくともいずれかの手段で得られることを特徴とする前記 < 2 >に記載の炭素系物 質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法である。

< 4 > 前記炭素系物質が、フラーレンであることを特徴とする前記 < 1 >乃至前記 < 3 >のレ、ずれかに記載の炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化 水素化合物の製造方法である。

< 5 > 反応容器と、該反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、カーボンカルべ ン: Cを発生させる手段と、カーボンカルベン: Cのカーボン揷入反応によって炭素系 物質を成長させる手段と、を備えたことを特徴とする炭素系物質の製造装置である。

< 6 > カーボンカルベン： Cを発生させる手段が、物質を光分解、放電及び熱分解 のいずれかの手段、あるいはハロゲンィヒ炭素のハロゲン引抜き反応を行う手段であ ることを特徴とする前記 < 5 >に記載の炭素系物質の製造装置である。

< 7 > カーボンカルベン： Cを発生させる手段が、二酸化三炭素を光分解、放電及 び熱分解のレ、ずれかの手段であることを特徴とする前記 < 6 >に記載の炭素系物質 の製造装置である。

< 8 > 反応容器と、該反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、該反応容器内 でカーボンカルベン: Cを発生させる第一領域と、原料成分を含有する第二領域とを 分離し、第一領域と第二領域とを第一領域で発生したカーボンカルベン: Cが流通可 能な流路と、を備えてなることを特徴とする単環式炭化水素化合物又は多環式炭化 水素化合物の製造装置である。

< 9 > カーボンカルベン： Cを発生させる手段が、物質を光分解、放電及び熱分解 のいずれかの手段、あるいはハロゲンィヒ炭素のハロゲン引抜き反応を行う手段であ ることを特徴とする前記ぐ 8 >に記載の単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水 素化合物の製造装置である。

< 10 > カーボンカルベン： Cを発生させる手段が、二酸化三炭素の光分解、放電 及び熱分解のいずれかの手段であることを特徴とする前記 < 9 >に記載の炭素系物 質の製造装置である。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、高純度のフラーレンやカーボンナノチューブ等の炭素系物質、単 環式炭化水素化合物又はナフタレン、アントラセン等の多環式炭化水素化合物を簡 単な装置で簡便に効率良く合成することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の炭素系物質の製造装置の好ましい一実施の形態を示す概略的構成 図である。

[図 2]本発明の単環式炭化水素又は多環式炭化水素の製造装置の好ましい一実施 の形態を示す概略的構成図である。

[図 3]本発明の実施例 1， 2における TOFマススペクトル図である。

[図 4]本発明の実施例 3における各試料 A, B, Cの吸収スペクトル図である。

[図 5]本発明の実施例 4における試料の TOFマススペクトル図である。

[図 6]本発明の実施例 4における各試料 A, Bのマススペクトル図である。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 本発明は、カーボンカルベン： Cを含む雰囲気中でカーボン挿入反応によって炭素 系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物を成長させることを特 徴とする炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造 方法である。

[0019] カーボンカルベン： Cを発生させる手段は、特に制約されるものでなレ、が、好ましく は、物質の光分解、放電及び熱分解の少なくともいずれかの手段で得られるカーボ ンカルベン： C、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で得られるカーボン カルベン： Cである。

本発明は、このようにして発生したカーボンカルベン： Cを含む雰囲気中でカーボン 挿入反応によって炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合 物を成長させることを特徴とする炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭 化水素化合物の製造方法である。

[0020] 本発明において、カーボン揷入反応とは、主たる反応がカーボンカルベン： Cを既 存の化学結合に挿入して成長する反応をいう。既存の化学結合は、 c=c, c-c,

C-H, C— N等のすべて化学結合を含む。

[0021] このカーボンカルベン： Cは、好ましくは、物質の光分解、放電及び熱分解の少なく ともいずれかの手段、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で得られるが、 カーボンカルベン: Cを発生させる前記物質としては二酸化三炭素やのグラフアイト、 炭化水素化合物（ベンゼン、アセチレン、メタン等）を挙げること力できる。

[0022] 本発明において、成長させる物質としての炭素系物質にはグラフアイト、フラーレン 、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド等を挙げることができ、単環式炭化水素化合物 は、制約されるものではないが、特に脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等を挙げる ことができ、多環式炭化水素化合物は、特に制約されるものはないが、特に縮合多 環式炭化水素化合物が好ましぐ縮合多環式炭化水素化合物にはナフタレン、アン トラセン等を挙げること力 Sできる。

[0023] (二酸化三炭素）

本発明における二酸化三炭素は、公知の方法、例えば、マロン酸を五酸化リンで 脱水して合成する方法等で得られたものを使用することができる。

[0024] 本発明は二酸化三炭素を少なくとも光分解、放電及び熱分解のいずれかの方法で カーボンカルベン： Cを発生させる。

本発明において、二酸化三炭素の光分解、放電及び熱分解は不活性ガス雰囲気 で行うことが好ましレ、。反応領域の雰囲気の圧力としては、 0. OlPa以上 510kPa以 下であればよいが、 0. lPa以上 105kPa以下であることが好ましぐ 13Pa以上 70kP a以下であることがより好ましい。かかる圧力とすれば、高純度のカーボンナノチュー ブ、高純度のフラーレンを生成することができ、また、高純度の単環式炭化水素化合 物又は多環式炭化水素化合物を製造することができる。

[0025] 反応領域の雰囲気ガスは、特に制限されなレ、が、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネ オン、窒素および水素、もしくはこれらの混合ガスが望ましい。所望のガスを導入する 場合には、真空ポンプで反応容器内部を排気し、その後、所定の圧力まで所望のガ スを収容するガスボンベからガスを導入すればよレ、。

[0026] (原料成分） 炭素系物質として、カーボンナノチューブを製造する場合、原料成分としては、限 定されるものではなレ、が、ェタン、メタン、プロパン、へキサン等の炭化水素類；ェタノ ール、メタノーノレ、プロパノール等のアルコール類；アセトン等のケトン類；石油類；ガ ソリン類;一酸化炭素、二酸化炭素等の無機物;等が挙げられ、特にアセトン、ェタノ ール、へキサンが好ましい。

炭素系物質として、フラーレンを製造する場合、原料成分としては、 目的とする物質 によって任意に選定されるべきである力 C , C · · · ·等を挙げることができる。

単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物を製造する場合、 目的とする 物質によって任意に選定されるべきであるが、 目的とする物質よりも炭素数の少ない 炭化水素化合物を選定することが好ましい。例えば、ナフタレンを製造する場合、ベ ンゼンを原料成分とし、アントラセンを製造する場合、ナフタレンを原料成分とするこ とができる。

[0027] (二酸化三炭素を光分解、放電及び熱分解）

二酸化三炭素を光分解、放電及び熱分解のいずれかの手段でカーボンカルベン： Cを発生させる領域は、反応容器 (反応管）が好ましい。

一光分解

二酸化三炭素を反応領域内に供給し、光分解してカーボンカルベン: Cを発生させ るに際しては、照射効率を向上させるため反応容器中に水銀灯などの紫外線光源を 挿入し、内部から照射する事が望ましい。またこの水銀灯などを高温から守るため、 冷却するために送風冷却することが望ましい。光照射は反応後に直ちに停止する。

[0028] 二酸化三炭素を反応領域内に供給し、放電してカーボンカルベン： Cを発生させる に際しては、放電プラズマの種類としては、アークプラズマ、グロ一プラズマ等が挙げ られる力 効率良くフラーレンやカーボンナノチューブ等の炭素系物質、単環式炭化 水素化合物又は多環式炭化水素化合物を製造するためには、アークプラズマとする ことが好ましい。また、前記密閉容器内の雰囲気の圧力等の各種条件を制御するこ とにより、フラーレンやカーボンナノチューブ等の炭素系物質、単環式炭化水素化合 物又は多環式炭化水素化合物を選択的に製造することができる。

放電の条件は、テスラ一放電が行える条件で行うことが好ましレ、。 [0029] 二酸化三炭素を反応領域内に供給し、熱分解してカーボンカルベン： Cを発生させ るに際しては、熱分解の条件は 800°C〜1200°Cが好ましぐより好ましくは 1000°C〜1 200°C、さらに好ましくは 1000°C〜 1100°Cである。

[0030] なお、二酸化三炭素を光分解、放電及び熱分解には、例えば、二酸化三炭素を不 活性ガスとともに反応容器内に供給することが好ましい。二酸化三炭素を不活性ガス 中に 20%〜60%が好ましぐより好ましくは 20〜40%、更に好ましくは 20〜30%である 。また、二酸化三炭素を光分解、放電及び熱分解する条件は、単一の条件で行う必 要はなぐこれらの条件を組み合わせても良い。

[0031] 本発明において、カーボンカルベン: Cとの反応によって製造される物質の収率を 挙げるためには、例えば、反応時間を調整、長い反応時間とすると達成可能である。

[0032] 本発明において、少なくとも光分解、放電及び熱分解のいずれかの手段でカーボ ンカルベン: Cを発生させる物質としては、上記した二酸化三炭素以外にグラフアイト や炭化水素化合物を用いることもできる。このような炭化水素化合物としては、ベンゼ ン、アセチレン、メタン等を挙げられる。

[0033] 上記した炭化水素化合物を少なくとも光分解、放電及び熱分解のいずれかの手段 でカーボンカルベン： Cを発生させるための光分解、放電及び熱分解の条件は、二 酸化三炭素の場合と同様であってよい。

[0034] また、カーボンカルベン： Cは、ハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で得られる力 一ボンカルベン： Cであってもよい。ハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応において、 ハロゲンィ匕炭素としては、四臭化炭素、四塩ィ匕炭素等が好ましぐこれらは以下の反 応によってカーボンカルベン： Cを発生する。

CBr (CC1 ) +4K → ： C + 4KBr (KCl)

4 4

[0035] 上記反応において、カーボンカルベン： Cを供給する装置として、カーボンカルベン ： Cの生成量は、該装置における加熱領域内に配置されるハロゲンィ匕炭素の供給管 の出口と、加熱領域を含む反応菅の出口（ノズル）との距離に依存するので、この距 離を調整することによってカーボンカルベン: Cの生成量を調整することができる。 この方法で得られるカーボンカルベン： Cを介して反応生成物には、多少のハロゲ ンが残存するが、この場合、精密合成ではなぐコンポジット等の合成には好適であ る。

[0036] 本発明において、活性種は、カーボンカルベン: C、好ましくは二酸化三炭素等の 物質の光分解、放電及び熱分解の少なくともいずれかの手段で発生したカーボン力 ルベン： C、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で得られるカーボンカル ベン： Cであり、実質的にこのカーボンカルベン： Cによるカーボン揷入反応のみであ り、反応が均一で副生成物の生成がほとんどない点に利点がある力 副生成物の生 成をより確実に回避するためには、炭素系物質の製造装置としては、反応容器と、該 反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、カーボンカルベン： cを発生させる手段 と、カーボンカルベン： Cのカーボン揷入反応によって炭素系物質を成長させる手段 と、を備えている。

[0037] また、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造装置は、反応容 器と、該反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、該反応容器内でカーボンカル ベン: Cを発生させる第一領域と、原料成分を含有する第二領域とを分離し、第一領 域と第二領域とを第一領域で発生したカーボンカルベン: Cが流通可能な流路と、を 備えてなる。

[0038] 上記した単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物は、単環式炭化水素 化合物又は多環式炭化水素化合物を製造する場合、カーボンカルベン: C、好ましく は二酸化三炭素等の物質の光分解、放電及び熱分解の少なくともいずれかの手段 で発生したカーボンカルベン： C、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で 発生したカーボンカルベン: Cが、沸点が比較的低ぐ揮発しやすい原料成分と効率 的に反応し、原料成分が前記第一領域に侵入しにくくなり、この結果、原料成分の分 解等による副生成物の生成を防止することができる。

[0039] 本発明において、実質的にカーボンカルベン： Cだけを活性種として含む不活性 な気体を発生させ、副反応の伴わないカーボンカルベン： Cの CC結合への揷入によ る炭素系物質の成長を行うことができる。

[0040] 本発明において、望ましい態様としては、カーボンカルベン： Cは、二酸化三炭素（ C〇 ）等の物質の光分解、放電、熱分解の少なくともいずれかの手段で生成する。

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カーボンカルベン： Cの生成方法としては、例えば、高圧水銀ランプ、主に 200 nmより 長波長の光源であるので、一旦、： C 0を生成した後、光や衝突によって： C:と COを 生成する。炭素ラジカルには、基底状態 C(³ P)、と 2つの励起状態 c( )、 c s)が存 在するが、いずれの状態もカーボン挿入反応を起こす。

[0041] C O +h v → CO + :C 0 U〉206.6 nm)→ C(³P基底状態) + 2C〇

C O +h v → C(³P基底状態) + 2CO ( λく 206.6 nm)

C O +h v → C(¹D ) + 2CO ( λく 171.0 nm)

C D) C(³P基底状態）の 1.263eV上。寿命 53 min(32)

C O +h v → C(¹S ) + 2CO ( λ <143.0)

C S) C(³P基底状態）の 2.683 eV上。寿命 2 second (32)

[0042] 以上のように、本発明は実質的にカーボンカルベン: Cだけを活性種として含む不 活性な気体を発生し、カーボンカルベン: Cの CC結合への揷入による炭素系物質、 単環式炭化水素化合物の成長を行うことができる。

[0043] 図 1は、本発明の炭素系物質を製造する装置の好ましい一実施の形態を示す概略 的構成図であって、図中、 10は二酸化三炭素供給管、 12は熱電対温度計、 14は高 圧水銀ランプ、 16は試料、 18は石英管、 20は冷エアー口をそれぞれ示す。

図 1において、石英管 18内は点灯装置によって高圧水銀ランプ 14が点灯される。 高圧水銀ランプ 14からは所定の波長の紫外光が照射されるようになっている。

[0044] 図 2は、本発明の単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物を製造する 装置の好ましい一実施の形態を示す概略的構成図であって、図中、 30はガスボンベ 、 32ίま流量計、 34ίま反応管（石英管）、 36ίまテスラー ィノレ、 38、 40ίま電極、 42ίま 狭流路、 44は原料成分貯留部、 46はトラップ部をそれぞれ示す。

図 2において、ガスボンベ 30から二酸化三炭素と不活性ガス (Ar)の混合ガスが流 量計 32によってガス流量が調整されて反応管 34に導入される。反応管 34にはテス ラーコィノレ 36力らの電極 38， 40力設けられており、これらの電極 38. 40間の放電プ ラズマにより二酸化三炭素からカーボンカルベン: Cが生成するようになっている。テ スラーコイル 36による放電プラズマを生成する領域は、原料成分貯留部 44と分離さ れ、カーボンカルベン： Cが通過可能である力 逆流しない狭窄流路 42を介して連通 している。原料成分貯留部 44は反応生成物を捕捉するためのトラップ部 46に連通し ている。

実施例

[0045] 以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され るものではない。

以下の実施例において、使用した二酸化三炭素は、マロン酸を五酸化リンで脱水 して合成した。

(実施例 1)

フラーレンの製造

図 1に示す製造装置を用いて、フラーレンを製造した。

石英管 18の試料ボートに C )を入れ、二酸化三炭素供給管 10からヘリウムガス中 に 20%の濃度の二酸化三炭素（C O )を含むガスを供給し、石英管 18内の温度を セラミックスヒーターによって 820°C〜900°Cとし、高圧水銀灯ゥシォ電機 UM— 452 で 450Wで反応時間 30分反応を行った。

反応前の石英管 18の試料ボートに用いる C のマススペクトルを測定し、その結果 を図 3 (A)に示す。図 3(A)において、 C の存在を示すピークが認められる力 C の 存在を示すピークは認められない。

反応後、試料ボートから試料を取り出し、この試料のマススペクトルを測定した ところ、図 3 (B)に示すように C の存在を示すピークが認められた。

このこと力、ら、光分解によって二酸化三炭素（c o )力 生成したカーボンカルベン

： Cにより、 C +c〇 （光分解)→c が生成したことが判明した。

図 3 (B)力、ら通常のアーク放電などで生成するフラーレン以外の副生成物（m/2=500 〜 1200)が殆ど生成していないことがわかる。

[0046] (実施例 2)

石英管 18の試料ボートに C を入れ、反応管内に 0. 8気圧の二酸化三炭素（C〇

)を供給した他は、実施例 1と同様にして反応後、試料ボートから試料を取り出し、こ の試料のマススペクトルを測定したところ、図 3 (C)に示すように実施例 1における C の存在を示すピークよりも高いピークが認められた。

[0047] (実施例 3) 試料ボードに C (純度約 99.5% :市販品）を 50mg入れ、二酸化三炭素供給管 10 に二酸化三炭素 200mlを充填し、石英管 18内を 1000°Cに保持し、高圧水銀灯ゥシ ォ電機 UM— 452で 450Wで反応を 2〜3分間行った。

実施例 3において、 C (純度約 99.5% :市販品）を A， C (純度約 99.5% :市販品を 用いた C Oなしの反応後試料 B)、 C (純度約 99.5%：市販品を用いた C Oによる 反応後試料 C)について、それぞれ吸収スペクトルを測定した。

この結果を図 4に示す。図 4から二酸化三炭素を用いた反応後の反応生成物 (反応 後試料 C)は、カーボン揷入反応によって、フラーレン C 力 S5倍に増加しており、また

、副生成物がほとんど見られないことから C の開裂が起こっていない。よって、フラ 一レン C に C〇力、ら発生したカーボンが揷入されて、フラーレン C が生成したこと が明らかとなった。

[0048] (実施例 4)

ナフタレンの製造

図 2に示す装置によりナフタレンの製造を製造した。

原料成分貯留部 44にはベンゼンが蒸気圧 25mmHgとなるように封入されており、 ガスボンベ 30からアルゴンガス中に 50%濃度以下の C〇を含む混合ガスを流量計

32を介して反応管 34中に供給した。反応管 34中にはテスラ一コイル 36を介して電 極 38, 40間で放電させた。放電条件はスパークギャップは 20〜25mmである。この放 電によって生成したカーボンカルベン: Cは挟流路 42を介して原料成分滞留部 44に 到達し、ここでベンゼンとカーボンカルベン： Cと反応による反応生成物をトラップ部 4 6で捕捉した。

誘導コイル スパーク長 3cm SEIDENSYA製。

流量計 UESHIMA BROOK TUBE SIZE R- 2- 15- D。

放電電極幅 2cmガラス管 12 φ。

[0049] ベンゼンの反応後、トラップ部 46から反応生成物のマススペクトルを測定したところ 、図 5に示すように保持時間 7.875分にナフタレンのピークが認められた。

また、ベンゼンの反応後、トラップ部 46から反応生成物 (A)と、ガスボンベ 30からァ ルゴンのみを供給した以外は上記と同様な処理を行った反応生成物（B)についてマ o

o

ススペクトルを測定した結果を、図 6に示すように反応生成物 (A)では反応生成物（B )に 〇対して 1%のナフタレンのピークが認められた。

このこと力ら、火花放電によって二酸化三炭素（C O )から生成したカーボンカル ベン： Cにより、ベンゼン + c o (放電）→ナフタレンが生成したことが判明した。 産業上の利用分野

[0050] 本発明の炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製 造方法及び製造装置によれば、電子工業分野における半導材料、機能性材料等と して有効な材料を極めて高純度で効率よぐ製造することができる。

符号の説明

二酸化三炭素

12 熱電対温度計

14 高圧水銀ランプ

16 試料

18 石英管

20 冷エアー口

22 セラミックスヒータ

30 ガスボンベ

32 流量計

34 反応管 (石英管）

36 テスラーコィノレ

38、 40 電極

42 狭窄流路

44 原料成分貯留部

46 トラップ部

Claims

請求の範囲

[1] カーボンカルベン: Cを含む雰囲気中でカーボン揷入反応によって炭素系物質、単 環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物を成長させることを特徴とする炭 素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法。

[2] カーボンカルベン: Cが、物質を光分解、放電及び熱分解のいずれかの手段で得ら れるカーボンカルベン： C、あるいはハロゲン化炭素のハロゲン引抜き反応で得られ るカーボンカルベン: Cであることを特徴とする請求項 1に記載の炭素系物質、単環 式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法。

[3] 前記カーボンカルベン: Cが、二酸化三炭素の光分解、放電及び熱分解の少なくと もいずれかの手段で得られることを特徴とする請求項 2に記載の炭素系物質、単環 式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の製造方法。

[4] 前記炭素系物質が、フラーレンであることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のい ずれか 1項に記載の炭素系物質、単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化 合物の製造方法。

[5] 反応容器と、該反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、カーボンカルベン: C を発生させる手段と、カーボンカルベン： Cのカーボン揷入反応によって炭素系物質 を成長させる手段と、を備えたことを特徴とする炭素系物質の製造装置。

[6] カーボンカルベン: Cを発生させる手段が、物質を光分解、放電及び熱分解のいず れかの手段、あるいはハロゲンィ匕炭素のハロゲン引抜き反応を行う手段であることを 特徴とする請求項 5に記載の炭素系物質の製造装置。

[7] カーボンカルベン: Cを発生させる手段が、二酸化三炭素を光分解、放電及び熱分 解のいずれかの手段であることを特徴とする請求項 6に記載の炭素系物質の製造装 置。

[8] 反応容器と、該反応容器内に不活性ガスを供給する手段と、該反応容器内でカー ボンカルベン: Cを発生させる第一領域と、原料成分を含有する第二領域とを分離し 、第一領域と第二領域とを第一領域で発生したカーボンカルベン: Cが流通可能な 流路と、を備えてなることを特徴とする単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素 化合物の製造装置。

[9] カーボンカルベン: Cを発生させる手段が、物質を光分解、放電及び熱分解のいず れかの手段、あるいはハロゲンィ匕炭素のハロゲン引抜き反応を行う手段であることを 特徴とする請求項 8に記載の単環式炭化水素化合物又は多環式炭化水素化合物の 製造装置。

[10] カーボンカルベン: Cを発生させる手段が、二酸化三炭素の光分解、放電及び熱分 解のいずれかの手段であることを特徴とする請求項 9に記載の炭素系物質の製造装 置。