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JP7127980B2 - Carbon material and liquid containing carbon material - Google Patents
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JP7127980B2 - Carbon material and liquid containing carbon material - Google Patents

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Description

本発明は、炭素材料に関する。また、本発明は、炭素材料含有液に関する。 The present invention relates to carbon materials. The present invention also relates to a carbon material-containing liquid.

近年、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト膜、グラフェン、酸化グラフェン、還元型酸化フラフェン、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 films, graphene, graphene oxide, reduced-type graphene oxide, artificial graphite, and carbon black have found new functionalities in various fields due to their characteristic physical properties. It is expected as a material (for example, Non-Patent Documents 1-3).

しかし、従来の炭素材料は、特に、ナノ炭素材料として近年注目されているカーボンナノチューブやグラフェンであっても、溶媒への溶解性が極めて乏しいという問題があり、良好な取り扱い性を実現できていない。またフラーレンは炭素材料の中で唯一溶解性をもつ材料であるが、フラーレンC60で直径1nm程度であり、ナノ炭素材料というよりは低分子化合物であり、炭素材料に求められるような物性は発現しない。 However, conventional carbon materials, especially carbon nanotubes and graphene, which have been attracting attention in recent years as nanocarbon materials, have the problem of extremely poor solubility in solvents, and good handling properties have not been achieved. . Fullerene is the only soluble material among carbon materials, but fullerene C60 has a diameter of about 1 nm. It is a low-molecular compound rather than a nanocarbon material, and does not exhibit the physical properties required for carbon materials. .

さらに従来の炭素材料は、特に、ナノ炭素材料として近年注目されているカーボンナノチューブやグラフェンは、それらの製造において、金属系の触媒を使用して合成される。これらの金属成分は続く精製工程である程度除くことはできるが、ゼロにすることは事実上不可能である。また、炭素材料内部に取り込まれた金属成分は除くことができず、炭素材料に多くの不純物金属成分が残ってしまう材料も多くある。 Further, conventional carbon materials, particularly carbon nanotubes and graphene, which have been attracting attention as nanocarbon materials in recent years, are synthesized using metal-based catalysts in their production. These metal components can be removed to some extent in the subsequent refining process, but it is practically impossible to eliminate them. In addition, there are many materials in which the metal component taken into the carbon material cannot be removed, and many impurity metal components remain in the carbon material.

炭素材料の取り扱い性を向上させるため、可溶性の修飾基を炭素材料に導入することが検討されている(特許文献1)。しかし、可溶性の修飾基の導入によって炭素材料の分散性は幾分向上するものの、溶媒への溶解性が依然として極めて乏しいという問題がある。また、これらの修飾基は、本質的に、炭素材料に対して不純物として作用してしまうという問題もある。 In order to improve the handleability of carbon materials, the introduction of soluble modifying groups into carbon materials has been studied (Patent Document 1). However, although the dispersibility of the carbon material is somewhat improved by the introduction of the soluble modifying group, there is still a problem that the solubility in the solvent is extremely poor. There is also the problem that these modifying groups essentially act as impurities on the carbon material.

Nature,354,p.56-58(1991)Nature, 354, p. 56-58 (1991) Science,306,p.666-669(2004)Science, 306, p. 666-669 (2004) 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, "State-of-the-Art Technology and Widespread Applications of Graphene", Chapter 2. Basic physical properties of graphene, 3. Optoelectronic properties of graphene

特許第3764986号公報Japanese Patent No. 3764986

本発明の課題は、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、不純物となる金属成分が実質的にゼロである、新規な炭素材料を提供することにある。また、そのような炭素材料の少なくとも一部が溶媒に溶解してなる炭素材料含有液を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel carbon material that is more soluble in a solvent than conventional carbon materials, can be easily handled, and contains substantially no metal components that become impurities. That's what it is. Another object of the present invention is to provide a carbon material-containing liquid obtained by dissolving at least part of such a carbon material in a solvent.

本発明の炭素材料は、
ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてGバンド(1550cm-1~1650cm-1の範囲内)およびG′バンド(2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを有し、
溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。
The carbon material of the present invention is
Having peaks in the G band (within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) and the G' band (within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis,
Contains carbon-based compounds that are soluble in solvents.

一つの実施形態においては、上記炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてDバンド(1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを有する。 In one embodiment, the carbon material has a peak in the D band (within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis.

一つの実施形態においては、上記炭素材料は、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてD+D′バンド(2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを有する。 In one embodiment, the carbon material has a peak in the D+D' band (within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis.

一つの実施形態においては、上記炭素系化合物の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有する。 In one embodiment, the XRD spectrum chart obtained by XRD analysis of the carbon-based compound has a peak within the range of 20° to 30°.

一つの実施形態においては、上記炭素材料は、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)を加熱することによって得られる。 In one embodiment, the carbon material is obtained by heating a compound (A) in which a condensation reaction occurs between identical molecules and/or between different molecules upon heating.

一つの実施形態においては、上記化合物(A)が、23℃環境下で固体であって融点を有する。 In one embodiment, the compound (A) is solid and has a melting point at 23°C.

一つの実施形態においては、上記加熱温度が、上記化合物(A)の分解温度をT℃とした場合に(T±50)℃である。 In one embodiment, the heating temperature is (T±50)°C, where T°C is the decomposition temperature of the compound (A).

一つの実施形態においては、上記炭素材料は、バルク状態で合成あるいは存在し得る。 In one embodiment, the carbon material can be synthesized or exist in bulk.

本発明の炭素材料含有液は、上記炭素材料の少なくとも一部が溶媒に溶解してなる。 The carbon material-containing liquid of the present invention is obtained by dissolving at least part of the carbon material in a solvent.

本発明によれば、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、不純物となる金属成分が実質的にゼロである、新規な炭素材料を提供することができる。また、そのような炭素材料の少なくとも一部が溶媒に溶解してなる炭素材料含有液を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a novel carbon material that is more soluble in a solvent than conventional carbon materials, can be easily handled, and contains substantially no metal components as impurities. be able to. Also, a carbon material-containing liquid can be provided in which at least part of such a carbon material is dissolved in a solvent.

炭素材料(1)のラマンスペクトル図である。1 is a Raman spectrum diagram of carbon material (1). FIG. 炭素材料(1)のXRDスペクトル図である。1 is an XRD spectrum diagram of carbon material (1). FIG. 炭素材料(2)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of carbon material (2). 炭素材料(2)のXRDスペクトル図である。FIG. 3 is an XRD spectrum diagram of carbon material (2). 炭素材料(C1)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of a carbon material (C1). 炭素材料(C1)のXRDスペクトル図である。It is an XRD spectrum diagram of a carbon material (C1). 炭素材料(3)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of carbon material (3). 炭素材料(3)のXRDスペクトル図である。FIG. 3 is an XRD spectrum diagram of carbon material (3). 炭素材料(4)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of carbon material (4). 炭素材料(4)のXRDスペクトル図である。FIG. 4 is an XRD spectrum diagram of carbon material (4). 炭素材料(5)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of carbon material (5). 炭素材料(5)のXRDスペクトル図である。FIG. 4 is an XRD spectrum diagram of carbon material (5). 炭素材料(C2)のラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram of a carbon material (C2). 炭素材料(C2)のXRDスペクトル図である。It is an XRD spectrum figure of a carbon material (C2).

≪炭素材料≫
本発明の炭素材料は、従来公知の炭素材料とは異なる新規な炭素材料である。従来公知の炭素材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト膜、グラフェン、酸化グラフェン、還元型酸化フラフェン、人造黒鉛、カーボンブラックなどが挙げられる。
≪Carbon material≫
The carbon material of the present invention is a novel carbon material different from conventionally known carbon materials. Examples of conventionally known carbon materials include carbon nanotubes, fullerenes, graphite films, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, artificial graphite, and carbon black.

本明細書の炭素材料は、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)を有する材料を意味する。グラフェン構造は、後述するラマン分光分析によってその有無の確認ができる(例えば、非特許文献3参照)。 A carbon material in this specification means a material having a honeycomb structure (graphene structure) derived from benzene rings in its structure. The presence or absence of a graphene structure can be confirmed by Raman spectroscopic analysis described later (see, for example, Non-Patent Document 3).

本発明の炭素材料は、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。 The carbon material of the present invention is superior to conventional carbon materials in terms of solubility in solvents and can achieve good handleability.

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、炭素材料100質量%に対し、好ましくは0.1質量%以下であり、より好ましくは0.01質量%以下であり、特に好ましくは実質的にゼロである。これら金属成分は、蛍光X線元素分析法(XRF)により確認できる。 In the carbon material of the present invention, the total content of metal components as impurities is usually preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or less, relative to 100% by mass of the carbon material. Yes, particularly preferably substantially zero. These metal components can be confirmed by X-ray fluorescence elemental analysis (XRF).

本発明の炭素材料は、その構成する元素が、好ましくは炭素、酸素、水素、窒素、硫黄、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれる元素で構成される炭素材料であり、より好ましくは、炭素、酸素、水素、窒素、硫黄から選ばれる元素で構成される炭素材料であり、さらに好ましくは、炭素、酸素、水素、窒素から選ばれる元素で構成される炭素材料であり、特に好ましくは炭素、酸素、水素から選ばれる元素で構成される炭素材料である。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。これらの構成元素比はX線光電子分光法(XPS)により定量できる。 The carbon material of the present invention is a carbon material whose constituent elements are preferably composed of elements selected from carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, fluorine, chlorine, bromine and iodine, and more preferably carbon , oxygen, hydrogen, nitrogen, and sulfur, more preferably a carbon material composed of an element selected from carbon, oxygen, hydrogen, and nitrogen, particularly preferably carbon, It is a carbon material composed of an 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 atomic %, carbon is preferably 60 atomic % or more, more preferably 70 atomic % or more, and further preferably It is 75 atomic % or more. Moreover, elements other than carbon are preferably 10 atomic % or more. When the ratio of each element falls within this range, it is possible to exhibit good solubility even though it is a carbon material. These constituent element ratios can be quantified by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

本発明の炭素材料は、溶媒に対して、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)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。この場合、成分Bとしては、例えば、溶媒に分散する成分(成分B1)、溶媒中で沈降する成分(成分B2)が挙げられる。
The carbon material of the present invention can preferably adopt the following embodiments with respect to the solvent.
(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 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 the solvent. That is, an embodiment in which the carbon material consists of a solvent-soluble component (component A) and a solvent-insoluble component (component B). In this case, component B includes, for example, a component that disperses in the solvent (component B1) and a component that precipitates in the solvent (component B2).

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る。 Examples of solvents include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, Examples include dichloromethane and the like, preferably N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide and chloroform, more preferably N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. be.

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は、上記溶媒の少なくとも1種の溶媒に可溶である炭素系化合物を含むことを意味する。可溶である溶媒としては、上記のいずれの溶媒でもよいが、中でも、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンの少なくともいずれかであることが好ましい。 That the carbon material of the present invention contains a carbon-based compound that is soluble in a solvent means that it contains a carbon-based compound that is soluble in at least one of the above solvents. As a soluble solvent, any of the above solvents may be used, but at least one of N,N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone is preferred.

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、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、たと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 it is soluble in a solvent, for example, after mixing the carbon material so as to be 0.001% by mass with respect to the solvent, ultrasonic treatment is performed for 1 hour, and the obtained 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 a carbon-based compound. 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 Chromatodisc (model 13P) manufactured by GL Sciences Co., Ltd. can be used.

本発明の炭素材料は、(i)ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてGバンド(1550cm-1~1650cm-1の範囲内)およびG′バンド(2650cm-1~2750cm-1の範囲内)にピークを有し、(ii)溶媒に可溶である炭素系化合物を含む。 The carbon material of the present invention has (i) a G band (within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) and a G' band (within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. and (ii) contain a carbon-based compound that is soluble in the solvent.

グラフェン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チャートにおいて、Gバンド(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チャートにおいてGバンド(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。 A carbon material having a graphene structure shows a peak in the G band (within the range of 1550 cm −1 to 1650 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. Therefore, the fact that the carbon material of the present invention has a peak in the G band (within the range of 1550 cm −1 to 1650 cm −1 ) in the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis means that the carbon material of the present invention has a graphene structure or graphene It means having a similar structure to the structure. If the G band is high in intensity and sharp, it can be said to have a finer graphene structure or a graphene-like structure.

グラフェン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チャートにおいて、G′バンド(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チャートにおいてG′バンド(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。 A carbon material having a graphene structure exhibits a peak in the G' band (within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. Therefore, the fact that the carbon material of the present invention has a peak in the G′ band (within the range of 2650 cm −1 to 2750 cm −1 ) in the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis means that the carbon material of the present invention has a graphene structure or It means that it has a structure similar to the graphene structure. The intensity of the G' band is the strongest when the graphene structure is one layer, and gradually decreases as the number of layers of the graphene structure increases. However, the peak of the G' band can be observed even if the intensity gradually decreases as the number of layers of the graphene structure increases. Therefore, having a peak in the G' band means that the carbon material of the present invention has a graphene structure or a graphene-like structure. The G' band is sometimes called the 2D band.

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、本発明の炭素材料の上記(i)の特徴と相まって、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、新規な炭素材料となり得る。本発明の炭素材料に含まれる炭素系化合物の分子量が1300000を超えると、本発明の炭素材料の溶媒への溶解性が悪くなるおそれがある。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, and particularly preferably 15,000 to 500,000, Most preferably 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, combined with the feature (i) of the carbon material of the present invention, the solubility in a solvent is superior to that of conventional carbon materials. , it can be a novel carbon material that can realize good handleability. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material of the present invention exceeds 1,300,000, the solubility of the carbon material of the present invention in solvents may deteriorate. If the molecular weight of the carbon-based compound contained in the carbon material of the present invention is less than 1,000, the characteristics of the carbon material may be weakened. These molecular weights can be analyzed by the method described later.

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、本発明の炭素材料は、本発明の炭素材料の上記(i)、(ii)の特徴と相まって、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性により優れ、良好な取り扱い性を実現し得る、新規な炭素材料となり得る。 The content of the carbon-based compound in the carbon material of the present invention is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 70% by mass to 100% by mass, and still more preferably 90% by mass to 100% by mass. , particularly preferably 95% by mass to 100% by mass, most preferably substantially 100% by mass. If the content ratio of the carbon-based compound in the carbon material of the present invention is within the above range, the carbon material of the present invention, combined with the above characteristics (i) and (ii) of the carbon material of the present invention, is a conventional carbon It can be a novel carbon material that has better solubility in a solvent than other materials and can realize good handleability.

本発明の炭素材料は、好ましくは、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてDバンド(1300cm-1~1400cm-1の範囲内)にピークを有する。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チャートにおいて、Dバンド(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チャートにおけるDバンド(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。 The carbon material of the present invention preferably has a peak in the D band (within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure shows a peak in the D band (within the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. Therefore, the carbon material having a peak in the D band (within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm -1 ) in the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis means that the carbon material has a structure derived from defects in the graphene structure or It means that it has a structure similar to the structure derived from defects in the graphene structure. If the D band is less intense, it can be said to have a cleaner graphene structure or a graphene-like structure.

本発明の炭素材料は、好ましくは、ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてD+D′バンド(2800cm-1~3000cm-1の範囲内)にピークを有する。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チャートにおいて、D+D′バンド(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チャートにおいてD+D′バンド(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。 The carbon material of the present invention preferably has a peak in the D+D' band (within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. A carbon material having a structure derived from defects in the graphene structure shows a peak in the D+D' band (within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in a Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis. Therefore, the fact that the carbon material of the present invention has a peak in the D+D′ band (within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ) in the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis means that the carbon material has defects in the graphene structure. It means having a structure similar to the structure derived from or derived from defects in the graphene structure. If the D+D' band is less intense, it can be said to have a cleaner graphene structure or a graphene-like structure. The D+D' band is sometimes called the D+G band.

本発明の炭素材料において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 has defects in part of the graphene structure, these defects may contribute to the solubility of the carbon material of the present invention in solvents.

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る新規な炭素材料であり、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、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。 As described above, the carbon material of the present invention is a novel carbon material different from conventionally known carbon materials, has a graphene structure or a structure similar to a graphene structure, and is more resistant to solvents than conventional carbon materials. It is excellent in solubility and can realize good handleability.

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 exhibits a peak within the range of 20° to 30° in an XRD spectrum chart obtained by XRD analysis. That is, it is also one of preferred embodiments that the carbon material of the present invention has a structure in which graphene structures are laminated (graphene laminated structure). By having a laminated structure, the carbon material of the present invention can become stronger and more stable.

本発明の炭素材料においては、好ましくは、炭素系化合物の少なくとも一部が上記溶媒に可溶である。このように、炭素系化合物の少なくとも一部が上記溶媒に可溶であることにより、本発明の炭素材料は、より良好な取り扱い性を実現し得る。 In the carbon material of the present invention, preferably at least part of the carbon-based compound is soluble in the solvent. Since at least part of the carbon-based compound is soluble in the solvent, the carbon material of the present invention can achieve better handleability.

本発明の炭素材料は、好ましくは、バルク状態で合成されたものあるいは存在し得るものである。一般には、バルクが備える性質が、その物質の固有の性質である。バルク状態においては、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、特異な性質を発現させるためにバルク部分を極端に減らして界面を増やすことも可能である。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 of the present invention is preferably synthesized or can exist in bulk. In general, the properties possessed by the bulk are the inherent properties of the material. In the bulk state, the basic properties of the substance, such as the boiling point, melting point, viscosity, density, etc., can be determined.In order to express unique properties, the bulk portion can be drastically reduced to increase the interface. It is possible. The physical properties of a substance refer to the properties possessed by the bulk portion. Examples of bulk states are particles, pellets, films, and the like. Examples of the state of existence of particles include powder. The film is preferably a self-supporting film.

本発明の炭素材料は、好ましくは、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)を加熱することによって得られる。本発明の炭素材料において、バルク状態で合成されたものの好ましい一実施形態としては、化合物(A)をバルク状態で加熱することにより得られるものが挙げられる。 The carbon material of the present invention is preferably obtained by heating a compound (A) in which a condensation reaction occurs between identical molecules and/or between different molecules upon heating. A preferred embodiment of the carbon material of the present invention synthesized in bulk is obtained by heating compound (A) in bulk.

化合物(A)をバルク状態で加熱するとは、例えば、化合物(A)からなる粒子(粉体)を加熱する、化合物(A)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、その成形体を加熱する、化合物(A)からなる粒子(例えば、粉体)を液体中で加熱する、等の行為を包含する。粒子(例えば、粉体)や成形体を加熱する際、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、加熱する際に、化合物(A)と化学反応しないような材質であることが好ましい。 Heating the compound (A) in a bulk state means, for example, heating particles (powder) composed of the compound (A), and molding particles (e.g., powder) composed of the compound (A) into pellets or It includes actions such as heating the formed body after forming into a film, and heating particles (for example, powder) composed of the compound (A) in a liquid. When heating particles (for example, powder) or compacts, for example, they may be placed in a container and heated. Any appropriate container can be adopted as the container. As such a container, for example, it is preferable to use a material that does not substantially deteriorate at the heating temperature. In addition, it is preferable that the surface with which the particles (for example, powder) and the compact come into contact is made of a material that does not chemically react with the compound (A) when heated.

粒子(例えば、粉体)や成形体を好ましい条件で加熱することにより、本発明の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、化合物(A)の融点付近で化合物(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「化合物(A)をバルク状態で加熱する」ことに含まれる。一方、本発明の意味する「バルク状態で加熱する」ものではない例としては、例えば、化合物(A)を溶媒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。 The carbon material of the present invention can be obtained by heating particles (for example, powder) or compacts under preferable conditions. May melt and become liquid. Such a process is also included in "heating compound (A) in bulk". On the other hand, as an example that is not "heated in a bulk state" in the meaning of the present invention, for example, the compound (A) is dissolved in a solvent and applied to an arbitrary substrate to form a film, and the substrate is Examples include a method of forming a thin film by heating, a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, a thin film vapor deposition heating method, and the like. A thin film generally means a film having a thickness of 1 μm or less.

化合物(A)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(A)を採用することにより、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性により優れ、より良好な取り扱い性を実現し得る、新規な炭素材料を提供することができる。 Compound (A) is preferably solid and has a melting point at 23°C. Since it has a melting point, it melts during the firing process, and the intermolecular reaction proceeds favorably. If it does not have a melting point, it will not melt during the firing process, so the positions of the molecules will be fixed, the reaction between molecules will be difficult to promote, and it will be difficult to convert it into a carbon material. By adopting such a compound (A), it is possible to provide a novel carbon material that is superior in solubility in solvents to conventional carbon materials and that can achieve better handleability.

本発明の炭素材料が、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)を加熱することによって得られる場合、その加熱温度は、化合物(A)の分解温度をT℃とした場合に、好ましくは(T±50)℃であり、より好ましくは(T±45)℃であり、さらに好ましくは(T±40)℃であり、特に好ましくは(T±35)℃であり、最も好ましくは(T±30)℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性により優れ、より良好な取り扱い性を実現し得る、新規な炭素材料を提供することができる。 When the carbon material of the present invention is obtained by heating the compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules by heating, the heating temperature is the decomposition temperature of the compound (A). °C, preferably (T±50)°C, more preferably (T±45)°C, still more preferably (T±40)°C, and particularly preferably (T±35)°C and most preferably (T±30)°C. By adjusting the heating temperature within the above range, it is possible to provide a novel carbon material that is superior to conventional carbon materials in terms of solubility in a solvent and can achieve better handleability.

化合物(A)は、1種の化合物であってもよいし、2種以上の化合物の混合物であってもよい。化合物(A)が2種以上の化合物の混合物である場合、混合物のうちの少なくとも1種以上の化合物が本発明に記載の物性(分解点、融点等)、構造等を有すればよく、該化合物を基準に加熱温度、加熱時間等の緒条件を決定すればよい。 Compound (A) may be a single compound or a mixture of two or more compounds. When the compound (A) is a mixture of two or more compounds, at least one compound in the mixture may have the physical properties (decomposition point, melting point, etc.), structure, etc. described in the present invention. Conditions such as heating temperature and heating time may be determined based on the compound.

<化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態1)>
化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態1)は、加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物である。芳香族環上にラジカルが発生した芳香族化合物が、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応を起こし、炭素材料となり得る。
<Representative Embodiment of Compound (A) (Embodiment 1)>
A representative embodiment (Embodiment 1) of compound (A) is an aromatic compound that is decomposed by heating to generate radicals on an aromatic ring. An aromatic compound in which a radical is generated on an aromatic ring causes a condensation reaction between the same molecules and/or between different molecules to become a carbon material.

加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物としては、好ましくは、加熱によって気体(常温常圧において気体状態である気体)を発生する芳香族化合物である。 The aromatic compound that is decomposed by heating to generate radicals on the aromatic ring is preferably an aromatic compound that generates a gas (a gas in a gaseous state at normal temperature and normal pressure) by heating.

加熱によって気体を発生する芳香族化合物としては、芳香族化合物であって、加熱を行うことによって気体が発生するものであれば、任意の適切な芳香族化合物を採用し得る。このような常温常圧において気体状態である気体としては、好ましくは、CO、CO、N、O、H、NOから選ばれる少なくとも1種である。 As the aromatic compound that generates gas by heating, any appropriate aromatic compound can be adopted as long as it is an aromatic compound that generates gas by heating. At least one selected from CO, CO 2 , N 2 , O 2 , H 2 and NO 2 is preferable as the gas that is in a gaseous state at normal temperature and pressure.

加熱によってCOおよび/またはCOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「-C(=O)-」および/または「-O-C(=O)-」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族ケトン誘導体、芳香族エステル誘導体、酸無水物など)などが挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate CO and/or CO 2 upon heating include aromatic compounds having a "-C(=O)-" and/or "-O-C(=O)-" structure (e.g. , aromatic ketone derivatives, aromatic ester derivatives, acid anhydrides, etc.).

加熱によってCOおよび/またはCOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate CO and/or CO 2 upon heating include the following compounds.

Figure 0007127980000001
Figure 0007127980000001

加熱によってNを発生する芳香族化合物としては、例えば、「-NH-NH-」構造や「-N=N-」構造や、「-N」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族アゾ化合物、芳香族アジド化合物、トリアゾール置換芳香族化合物、テトラゾール置換芳香族化合物、トリアジンまたはその誘導体、テトラジンまたはその誘導体、芳香族ヒドラジン誘導体など)などが挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate N 2 upon heating include aromatic compounds having a “—NH—NH—” structure, “—N=N—” structure, and “—N 3 ” structure (e.g., aromatic azo compounds, aromatic azide compounds, triazole-substituted aromatic compounds, tetrazole-substituted aromatic compounds, triazine or derivatives thereof, tetrazine or derivatives thereof, aromatic hydrazine derivatives, etc.).

加熱によってNを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。なお、下記の化合物において、Rは、水素原子、または、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。 Examples of aromatic compounds that generate N2 by heating include the following compounds. In the compounds below, R represents a hydrogen atom, or an optionally substituted alkyl group, aryl group, or heteroaryl group.

Figure 0007127980000002
Figure 0007127980000002

加熱によってOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「-O-O-」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族炭素酸化物、芳香族過酸化物など)などが挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate O 2 upon heating include aromatic compounds having an “—O—O—” structure (eg, aromatic carbon oxides, aromatic peroxides, etc.).

加熱によってOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。なお、下記の化合物において、Rは、水素原子、または、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。 Examples of aromatic compounds that generate O 2 by heating include the following compounds. In the compounds below, R represents a hydrogen atom, or an optionally substituted alkyl group, aryl group, or heteroaryl group.

Figure 0007127980000003
Figure 0007127980000003

加熱によってHを発生する芳香族化合物としては、例えば、「-CH-」構造を有する縮合多環式芳香族化合物(例えば、フェナレン系化合物など)などが挙げられる。 Aromatic compounds that generate H 2 by heating include, for example, condensed polycyclic aromatic compounds having a “—CH 2 —” structure (eg, phenalene compounds, etc.).

加熱によってHを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate H 2 upon heating include the following compounds.

Figure 0007127980000004
Figure 0007127980000004

加熱によってNOを発生する芳香族化合物としては、例えば、「-NO」構造を有する芳香族化合物(例えば、芳香族ニトロ化合物など)などが挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate NO 2 upon heating include aromatic compounds having a “—NO 2 ” structure (eg, aromatic nitro compounds, etc.).

加熱によってNOを発生する芳香族化合物としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 Examples of aromatic compounds that generate NO 2 upon heating include the following compounds.

Figure 0007127980000005
Figure 0007127980000005

加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物は、加熱による分解性を有し、骨格の少なくとも一部がかい離・分解することによって気体分子(好ましくは、CO、CO、N、O、H、NOから選ばれる少なくとも1種)が生成し、残った芳香族環上にラジカルが生成する化合物である。このような芳香族化合物を用いることにより、反応触媒を必要とすることなく、自身の分解のみによる反応が起こるため、化学反応の副生成物や反応触媒が炭素材料に存在してしまって致命的な不純物となることを抑制でき、より高品質な炭素材料を得ることができる。また、このような芳香族化合物を用いることにより、可燃性ガスを使用することなく、比較的温和な温度環境下において、炭素材料を得ることができる。また、このような芳香族化合物は、触媒作用を必要としない高反応性を有し得る。 Aromatic compounds that are decomposed by heating to generate radicals on the aromatic ring have decomposability by heating, and at least a part of the skeleton is separated and decomposed into gas molecules (preferably CO, CO 2 , At least one selected from N 2 , O 2 , H 2 and NO 2 ) is produced, and a radical is produced on the remaining aromatic ring. By using such an aromatic compound, a reaction occurs only by decomposition of itself without the need for a reaction catalyst. Impurities can be suppressed, and a higher quality carbon material can be obtained. Moreover, by using such an aromatic compound, a carbon material can be obtained in a relatively mild temperature environment without using combustible gas. Also, such aromatic compounds may have high reactivity that does not require catalysis.

<化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態2)>
化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態2)は、縮合反応によって、2種以上の基から1つの中性分子が形成されて脱離する化合物である。この実施形態2においては、1つの化合物が2種以上の基を有している場合であってもよいし、2つ以上の化合物のそれぞれの有する基を組み合わせて2種以上の基となる場合であってもよい。このような化合物(A)が、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応を起こし、炭素材料となり得る。
<Representative Embodiment of Compound (A) (Embodiment 2)>
A representative embodiment (embodiment 2) of compound (A) is a compound in which a neutral molecule is formed and eliminated from two or more groups by a condensation reaction. In Embodiment 2, one compound may have two or more groups, or two or more groups may be combined to form two or more groups. may be Such a compound (A) can cause a condensation reaction between identical molecules and/or different molecules to become a carbon material.

縮合反応としては、2種以上の基から1つの中性分子が形成されて脱離することによる縮合反応であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な縮合反応を採用し得る。このような縮合反応とすることにより、比較的低温で反応を行うことが可能となり得る。このような縮合反応としては、例えば、
(a)-H基と-OH基とからHOが形成されて脱離することによる縮合反応、
(b)-H基と-OR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからROHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(c)-H基と-X基(XはハロゲンまたはCN)とからHXが形成されて脱離することによる縮合反応、
(d)-H基と-NH基とからNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(e)-H基と-NHR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(f)-H基と-NR基(R、Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRNHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(g)-H基と-SH基とからHSが形成されて脱離することによる縮合反応、
(h)-H基と-SR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRSHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(i)-H基と-OOCR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRCOOHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(j)-H基と-OSO(OH)基とからHSOが形成されて脱離することによる縮合反応、
(k)-H基と-OSOR基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからRSO(OH)が形成されて脱離することによる縮合反応、
(l)-H基と-OSO(OR)基(Rは任意の適切な置換または無置換のアルキル基)とからROSOHが形成されて脱離することによる縮合反応、
(m)-H基と-OSO(OH)基とからHSOが形成されて脱離することによる縮合反応、
などが挙げられる。特に、脱離した中性成分が該脱離温度(焼成温度)で気体成分であると、炭素材料に取り込まれることなく、気相部にあるため、不純物となりにくい。
As the condensation reaction, any appropriate condensation reaction may be adopted as long as it is a condensation reaction in which one neutral molecule is formed from two or more groups and eliminated, within a range that does not impair the effects of the present invention. obtain. By setting it as such a condensation reaction, it may become possible to react at a comparatively low temperature. Such condensation reactions include, for example,
(a) a condensation reaction by the formation and elimination of H 2 O from —H and —OH groups;
(b) a condensation reaction by the formation and elimination of ROH from a -H group and a -OR group (where R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(c) condensation reaction by formation and elimination of HX from -H group and -X group (where X is halogen or CN);
( d) a condensation reaction with the formation and elimination of NH from the —H and —NH2 groups;
(e) a condensation reaction by the formation and elimination of RNH2 from a -H group and a -NHR group (where R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(f) condensation reaction by formation and elimination of R 1 R 2 NH from —H group and —NR 1 R 2 group (R 1 and R 2 are any suitable substituted or unsubstituted alkyl groups); ,
(g) a condensation reaction with the formation and elimination of H 2 S from —H and —SH groups;
(h) a condensation reaction by formation and elimination of RSH from a -H group and a -SR group (where R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(i) condensation reaction by formation and elimination of RCOOH from -H group and -OOCR group (R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(j) a condensation reaction with the formation and elimination of H 2 SO 3 from —H and —OSO(OH) groups;
(k) condensation reaction by formation and elimination of RSO 2 (OH) from —H group and —OSO 2 R group, where R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group;
(l) condensation reaction by formation and elimination of ROSO 3 H from —H group and —OSO 2 (OR) group (R is any suitable substituted or unsubstituted alkyl group);
(m) a condensation reaction with the formation and elimination of H 2 SO 4 from —H and —OSO 2 (OH) groups;
etc. In particular, if the desorbed neutral component is a gaseous component at the desorption temperature (firing temperature), it will not be incorporated into the carbon material and will remain in the gaseous phase, and thus will not easily become an impurity.

縮合反応として、-H基と-OH基とからHOが形成されて脱離することによる縮合反応(上記(a))を代表例として説明する。 As a representative example of the condensation reaction, the condensation reaction (above (a)) in which H 2 O is formed and eliminated from —H group and —OH group will be described.

実施形態2における化合物(A)の一つの実施形態(実施形態(X)と称することがある)は、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)であり、該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が-OH基であり、もう半数が-H基である。 One embodiment of the compound (A) in Embodiment 2 (sometimes referred to as embodiment (X)) is a compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure or two or more carbon A compound (a2) having a skeleton to which a 6-membered ring structure is bonded and/or condensed, half of the substituents not contributing to the structure formation of the skeleton are —OH groups, and the other half are —H is the base.

実施形態(X)においては、
(i)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)である場合、
(ii)化合物(A)が、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)である場合、
の2つの場合のいずれかを採り得る。
In embodiment (X),
(i) when the compound (A) is a compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure,
(ii) when the compound (A) is a compound (a2) having a skeleton in which two or more six-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed,
Either of the two cases can be adopted.

実施形態(X)において、「骨格の構造形成に寄与していない置換基」とは、上記(i)の場合の「1個の炭素6員環構造からなる骨格」または上記(ii)の場合の「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基を意味する。例えば、上記(i)の場合として、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)が後に示す化学式(a1-1)で表される場合、1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の-OH基と6個の-H基であり、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)が後に示す化学式(a1-2)で表される場合、1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は3個の-OH基と3個の-H基である。また、例えば、上記(ii)の場合として、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)が後に示す化学式(a2-1)で表される場合、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の-OH基と6個の-H基である。 In embodiment (X), the "substituent that does not contribute to the formation of the skeleton structure" is the "skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure" in the case of (i) above, or the case of (ii) above. means a substituent that does not contribute to the structure formation of the skeleton of the "skeleton in which two or more carbon six-membered ring structures are bonded and/or condensed". For example, in the case of (i) above, when the compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure is represented by the chemical formula (a1-1) shown later, one carbon six-membered ring structure The substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of are 6 —OH groups and 6 —H groups, and the compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure is shown later In the case represented by the chemical formula (a1-2), three —OH groups and three —H groups are substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure. Further, for example, as the case of (ii) above, when a compound (a2) having a skeleton in which two or more six-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed is represented by the following chemical formula (a2-1) , 6 —OH groups and 6 —H groups are substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton in which two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and/or condensed.

実施形態(X)においては、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が-OH基であり、もう半数が-H基であり、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が-OH基であり、もう半数が-H基である。このような置換基の構成を有することにより、化合物(A)は、加熱により、同一分子同士および/または異なる分子間で効果的に脱水反応が起き得る。 In the embodiment (X), half of the substituents not contributing to the structure formation of the skeleton of the compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure are —OH groups. Half of the substituents that are -H groups and do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a2) having a skeleton in which two or more 6-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed are half the number -OH groups and the other half are -H groups. By having such a substituent structure, compound (A) can effectively undergo dehydration reaction between identical molecules and/or different molecules by heating.

実施形態(X)において採用し得る化合物(A)としては、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)であり、該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の半数が-OH基であり、もう半数が-H基である化合物であれば、本発明の効果を損なわない範囲で任意の適切な化合物を採用し得る。このような化合物(A)としては、例えば、下記のような化合物が挙げられる。 The compound (A) that can be employed in the embodiment (X) includes a compound (a1) having a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure or two or more carbon 6-membered ring structures bonded and/or condensed If it is a compound (a2) having a skeletal structure, half of the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeletal structure are —OH groups, and the other half are —H groups, the compound of the present invention Any appropriate compound can be employed as long as it does not impair the effect. Examples of such compound (A) include the following compounds.

Figure 0007127980000006
Figure 0007127980000006

実施形態(X)において採用し得る化合物(A)の中でも、-H基と-OH基とからHOが形成されて脱離することによる縮合反応が起こりやすいと推察され、低温で反応が進行しやすいと推察される点で、フロログルシノール(化合物(a1-2))、ヘキサヒドロキシトリフェニレン(HHTP)(化合物(a2-1))が好ましい。 Among the compounds (A) that can be employed in the embodiment (X), it is presumed that the condensation reaction is likely to occur due to the formation and elimination of H 2 O from the —H group and the —OH group, and the reaction occurs at a low temperature. Phloroglucinol (compound (a1-2)) and hexahydroxytriphenylene (HHTP) (compound (a2-1)) are preferred because they are presumed to progress easily.

実施形態2における化合物(A)の別の一つの実施形態(実施形態(Y)と称することがある)は、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)および/または2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる2種以上であり、該化合物(a1)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数および該化合物(a2)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の合計の半数が-OH基であり、もう半数が-H基である。 Another embodiment of compound (A) in embodiment 2 (sometimes referred to as embodiment (Y)) is compound (a1) and/or 2 having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure two or more selected from compounds (a2) having a skeleton in which at least one carbon 6-membered ring structure is bonded and/or condensed, and substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a1) Half of the total number and the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the compound (a2) are —OH groups, and the other half are —H groups.

実施形態(Y)においては、
(i)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)から選ばれる2種以上からなる場合、
(ii)化合物(A)が、2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる2種以上からなる場合、
(iii)化合物(A)が、1個の炭素6員環構造からなる骨格を有する化合物(a1)から選ばれる1種以上と2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格を有する化合物(a2)から選ばれる1種以上とからなる場合、
の3つの場合のいずれかを採り得る。
In embodiment (Y),
(i) when the compound (A) consists of two or more compounds selected from compounds (a1) having a skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure,
(ii) when compound (A) consists of two or more compounds selected from compound (a2) having a skeleton in which two or more six-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed,
(iii) Compound (A) has a skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure, and at least one selected from compound (a1) and two or more carbon 6-membered ring structures are bonded and/or condensed. When it consists of one or more selected from compounds (a2) having a skeleton,
Any one of the three cases can be adopted.

実施形態(Y)において、「化合物(a1)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数および化合物(a2)の骨格の構造形成に寄与していない置換基の数の合計」とは、下記のような意味である。すなわち、上記(i)の場合、2種以上の化合物(a1)のそれぞれにおける「1個の炭素6員環構造からなる骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数を、全て合計した数を意味する。上記(ii)の場合、2種以上の化合物(a2)のそれぞれにおける「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数を、全て合計した数を意味する。上記(iii)の場合、1種以上の化合物(a1)のそれぞれにおける「1個の炭素6員環構造からなる骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数と、1種以上の化合物(a2)のそれぞれにおける「2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格」の該骨格の構造形成に寄与していない置換基の数とを、全て合計した数を意味する。 In Embodiment (Y), "the sum of the number of substituents that do not contribute to the formation of the skeleton structure of compound (a1) and the number of substituents that do not contribute to the formation of the skeleton structure of compound (a2)" , has the following meaning. That is, in the case of (i) above, the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the “skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure” in each of the two or more compounds (a1) is means the total number. In the case of (ii) above, the substitution that does not contribute to the structure formation of the "skeleton in which two or more six-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed" in each of the two or more compounds (a2) It means the total number of groups. In the case of (iii) above, the number of substituents that do not contribute to the structure formation of the “skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure” in each of the one or more compounds (a1), and one The number of substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton of the "skeleton in which two or more 6-membered carbon ring structures are bonded and/or condensed" in each of the above compounds (a2) was totaled. means number.

実施形態(Y)において、例えば、上記(i)の場合として、2種以上の化合物(a1)が下記の化学式(a1-5)および化学式(a1-6)で表される場合、化学式(a1-5)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の-OH基と4個の-H基であり、化学式(a1-6)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は4個の-OH基と2個の-H基であり、それらの合計は、6個の-OH基と6個の-H基である。また、例えば、上記(iii)の場合として、1種以上の化合物(a1)が下記の化学式(a1-5)および化学式(a1-7)で表され、1種以上の化合物(a2)が下記の化学式(a2-3)で表される場合、化学式(a1-5)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の-OH基と4個の-H基であり、化学式(a1-7)で表される化合物の1個の炭素6員環構造からなる骨格の構造形成に寄与していない置換基は6個の-OH基であり、化学式(a2-3)で表される化合物の2個以上の炭素6員環構造が結合および/または縮環した骨格の構造形成に寄与していない置換基は2個の-OH基と6個の-H基である。 In embodiment (Y), for example, in the case of (i) above, when two or more compounds (a1) are represented by the following chemical formulas (a1-5) and (a1-6), chemical formula (a1 Substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure of the compound represented by -5) are two —OH groups and four —H groups, and have the chemical formula (a1 Substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of one carbon 6-membered ring structure of the compound represented by -6) are 4 -OH groups and 2 -H groups, and the total are 6 —OH groups and 6 —H groups. Further, for example, in the case of (iii) above, one or more compounds (a1) are represented by the following chemical formulas (a1-5) and (a1-7), and one or more compounds (a2) are represented by the following When represented by the chemical formula (a2-3), the substituents that do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure of the compound represented by the chemical formula (a1-5) are two —OH group and four —H groups, which do not contribute to the structure formation of the skeleton consisting of one carbon six-membered ring structure of the compound represented by the chemical formula (a1-7) are six —OH groups, which do not contribute to the structure formation of the skeleton in which two or more six-membered carbon ring structures of the compound represented by the chemical formula (a2-3) are bonded and/or condensed, are two -OH group and 6 -H groups.

Figure 0007127980000007
Figure 0007127980000007

Figure 0007127980000008
Figure 0007127980000008

このような化合物(A)を用いることにより、反応触媒を必要とすることなく、自身の脱水反応による反応が起こるため、化学反応の副生成物や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でき、より高品質な炭素材料を得ることができる。また、このような化合物(A)を用いることにより、可燃性ガスを使用することなく、比較的温和な温度環境下において、炭素材料を得ることができる。また、このような化合物(A)は、触媒作用を必要としない高反応性を有し得る。 By using such a compound (A), a reaction due to its own dehydration reaction occurs without the need for a reaction catalyst. Fatal impurities can be suppressed, and a higher quality carbon material can be obtained. Moreover, by using such a compound (A), a carbon material can be obtained in a relatively mild temperature environment without using a combustible gas. Also, such compounds (A) may have high reactivity that does not require catalysis.

<化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態3)>
化合物(A)の代表的な実施形態(実施形態3)は、実施形態1と実施形態2の双方を同時に採用する形態である。すなわち、実施形態3は、加熱によって分解して芳香族環上にラジカルを発生する芳香族化合物であり、かつ縮合反応によって、2種以上の基から1つの中性分子が形成されて脱離する化合物である。このような化合物(A)が、同一分子間および/または異種分子間で縮合反応を起こし、炭素材料となり得る。
<Representative Embodiment of Compound (A) (Embodiment 3)>
A representative embodiment (Embodiment 3) of compound (A) is a form in which both Embodiment 1 and Embodiment 2 are employed simultaneously. That is, Embodiment 3 is an aromatic compound that is decomposed by heating to generate radicals on an aromatic ring, and that one neutral molecule is formed and eliminated from two or more groups by a condensation reaction. is a compound. Such a compound (A) can cause a condensation reaction between identical molecules and/or different molecules to become a carbon material.

実施形態3の具体的な構造としては、例えば、化合物(a3-1)が挙げられる。化合物(a3-1)は、加熱により二酸化炭素分子が脱離し、芳香族環上にラジカル(反応活性点)が生じるとともに、ヒドロキシル基と水素基が分子間で脱水し縮合反応が起こる。 Specific structures of Embodiment 3 include, for example, compound (a3-1). When compound (a3-1) is heated, carbon dioxide molecules are eliminated, radicals (reaction active sites) are generated on the aromatic rings, and hydroxyl groups and hydrogen groups are dehydrated intermolecularly, causing a condensation reaction.

Figure 0007127980000009
Figure 0007127980000009

このような化合物(A)を用いることにより、反応触媒を必要とすることなく、自身の脱水反応による反応が起こるため、化学反応の副生成物や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でき、より高品質な炭素材料を得ることができる。また、このような化合物(A)を用いることにより、可燃性ガスを使用することなく、比較的温和な温度環境下において、炭素材料を得ることができる。また、このような化合物(A)は、触媒作用を必要としない高反応性を有し得る。 By using such a compound (A), a reaction due to its own dehydration reaction occurs without the need for a reaction catalyst. Fatal impurities can be suppressed, and a higher quality carbon material can be obtained. Moreover, by using such a compound (A), a carbon material can be obtained in a relatively mild temperature environment without using a combustible gas. Also, such compounds (A) may have high reactivity that does not require catalysis.

≪炭素材料含有液≫
本発明の炭素材料含有液は、本発明の炭素材料の少なくとも一部が溶媒に溶解してなる。
<<Liquid containing carbon material>>
The carbon material-containing liquid of the present invention is obtained by dissolving at least part of the carbon material of the present invention in a solvent.

本発明の炭素材料含有液は、本発明の炭素材料の全部が溶媒に溶解してなるものであってもよいし、本発明の炭素材料の一部が溶媒に溶解してなるものであってもよい。本発明の炭素材料の一部が溶媒に溶解してなるものの場合、溶媒に溶解しない部分は、溶媒に分散していてもよいし、溶媒中で沈降していてもよい。 The carbon material-containing liquid of the present invention may be obtained by dissolving the entire carbon material of the present invention in a solvent, or by dissolving a part of the carbon material of the present invention in a solvent. good too. When a part of the carbon material of the present invention is dissolved in a solvent, the part that is not dissolved in the solvent may be dispersed in the solvent or precipitated in the solvent.

本発明の炭素材料が可溶である溶媒としては、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、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る。前述した通り、本発明の炭素材料含有液は、これら溶媒に本発明の炭素材料の全部が溶解している溶液であってもよく、本発明の炭素材料の一部が溶解している溶液であってもよい。 Solvents in which the carbon material of the present invention is soluble include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform, dichloromethane and the like, preferably N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, chloroform, more preferably N,N - dimethylformamide, N-methylpyrrolidone. As described above, the carbon material-containing liquid of the present invention may be a solution in which all of the carbon material of the present invention is dissolved in these solvents, or a solution in which a part of the carbon material of the present invention is dissolved. There may be.

≪炭素材料の製造方法≫
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によって製造し得る。このような方法としては、例えば、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)を加熱する方法が挙げられる。この場合、加熱温度は、化合物(A)の分解温度をT℃とした場合に、好ましくは(T±50)℃であり、より好ましくは(T±45)℃であり、さらに好ましくは(T±40)℃であり、特に好ましくは(T±35)℃であり、最も好ましくは(T±30)℃である。加熱温度を上記範囲に調整することにより、従来の炭素材料に比べて溶媒への溶解性により優れ、より良好な取り扱い性を実現し得る、新規な炭素材料を提供することができる。
<<Manufacturing method of carbon material>>
The carbon material of the present invention can be produced by any appropriate method as long as the effects of the present invention are not impaired. Such a method includes, for example, a method of heating compound (A) in which a condensation reaction occurs between the same molecules and/or between different molecules upon heating. In this case, the heating temperature is preferably (T±50)° C., more preferably (T±45)° C., still more preferably (T ±40)°C, particularly preferably (T±35)°C, most preferably (T±30)°C. By adjusting the heating temperature within the above range, it is possible to provide a novel carbon material that is superior to conventional carbon materials in terms of solubility in a solvent and can achieve better handleability.

化合物(A)、化合物(A)の加熱に関する詳細については前述した通りである。 The details of compound (A) and heating of compound (A) are as described above.

加熱の方法としては、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。 As a heating method, a firing furnace such as a tubular furnace or a box furnace, a heating reaction apparatus using a heat medium, a heating reaction apparatus using microwaves, or the like can be used. Heating can be performed under vacuum, under normal pressure, under pressure, or the like. As for the conditions of the heating atmosphere, the heating can be performed in the air, in an inert gas atmosphere, or the like. The heating atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.

加熱の時間としては、製造したい炭素材料に求める分子量または溶解性により、任意の適切な加熱時間を採用し得る。このような加熱時間としては、例えば、好ましくは1分~48時間であり、より好ましくは15分~24時間であり、さらに好ましくは30分~12時間であり、特に好ましくは1時間~10時間である。 As the heating time, any suitable heating time can be adopted depending on the molecular weight or solubility required for the carbon material to be produced. Such heating time is, for example, preferably 1 minute to 48 hours, more preferably 15 minutes to 24 hours, still more preferably 30 minutes to 12 hours, and particularly preferably 1 hour to 10 hours. is.

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。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass". Moreover, in this specification, "mass" may be read as "weight".

<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 spectroscopic analysis>
Raman spectroscopic analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Microscopic Raman (JASCO NRS-3100)
Measurement conditions: Use of 532 nm laser, 20x objective lens, CCD capture time of 1 second, integration 64 times (resolution = 4 cm-1)
In Raman analysis, the G' band and the D+D' band may overlap, and the D+D' band may be analyzed as a broad peak having a shoulder. In this case, the point of inflection 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 under the following conditions using a fully automatic horizontal X-ray diffractometer (SMART LAB manufactured by Rigaku Corporation).
CuKα1 line: 0.15406 nm
Scan range: 10°-90°
X-ray output setting: 45kV-200mA
Step size: 0.020°
Scanning speed: 0.5°min -1 -4°min -1
The XRD measurement was performed in a state in which an inert atmosphere was maintained by loading the sample onto an airtight sample table in a glove box.

<XRF分析>
XRF測定は、蛍光X線分析装置(Philips社製、PW2404)を用いて、検量線法にて測定を行った。元素濃度0.01%以上のものを各成分として読み取った。水素は検出されないため、水素以外の元素の総量を100%として算出した。
<XRF analysis>
The XRF measurement was performed by a calibration curve method using a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by Philips, PW2404). Those with an element concentration of 0.01% or more were read as each component. Since hydrogen was not detected, the total amount of elements other than hydrogen was calculated as 100%.

<XPS分析>
XPS測定は、光電子分光装置(JPS-9000MX,日本電子株式会社製)を用いて行った。水素は検出されないため、水素以外の元素の総量を100%として算出した。
<XPS analysis>
XPS measurements were performed using a photoelectron spectrometer (JPS-9000MX, manufactured by JEOL Ltd.). Since hydrogen was not detected, the total amount of elements other than hydrogen was calculated as 100%.

<可溶性の判断>
可溶か否かの判断は、炭素材料を溶媒に対して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、孔径0.45μm)に通したとき、炭素材料が濾紙を通過する場合をその溶媒に可溶であるという。
<Judgment of solubility>
Judgment of whether it is soluble or not is performed by mixing the carbon material so as to be 0.001% by mass with respect to the solvent, performing ultrasonic treatment for 1 hour, and applying the resulting liquid to GL chromatograph manufactured by GL Sciences Co., Ltd. A carbon material is said to be soluble in a solvent if it passes through the filter paper when passed through a disc (model 13P, 0.45 μm pore size).

<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 is measured using gel permeation chromatography (GPC, HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation), N,N-dimethylformamide (containing 0.1% LiBr) so that each carbon material is 0.02% by mass. After sonication for 1 hour, it was passed through a PTFE filter paper (0.45 μm) for pretreatment, and the filtrate was N,N-dimethylformamide (containing 0.1% LiBr) 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.

<溶解性/分散性の確認>
得られた炭素材料をそれぞれ溶媒に加え、超音波処理1時間行った。超音波処理後の液をPTFE製濾紙(孔径0.45μm)に通し、濾紙上に固体が残らない場合を完溶、濾紙上に一部残り、濾液中にも炭素材料が存在する場合を一部溶解、濾紙上に固体が残り、濾液中に炭素材料が認められない場合は不溶と判断した。濾液中に炭素材料が存在するということは濾液が前述したGPCによる分析でピークを有し、かつ濾液中の不揮発分が前述したラマン分光分析で炭素材料に由来するピークを有することで判断できる。
分散性の確認は、上記濾紙上に残った固体を溶媒に加え、再び超音波処理1時間行い、得られた液を10分間静置し、底に沈降する成分が無い場合を良好な分散性、一部沈降している場合を一部分散、すべて沈降している場合を非分散と判断した。
これら溶解する部分、分散する部分、沈降する部分は、濾過、遠心分離等の操作でそれぞれ分離することも可能であり、それぞれの特徴を活かした用途に適用可能である。
<Confirmation of solubility/dispersibility>
Each of the obtained carbon materials was added to a solvent and subjected to ultrasonic treatment for 1 hour. The liquid after ultrasonic treatment is passed through a PTFE filter paper (pore size 0.45 μm), and when no solid remains on the filter paper, it is completely dissolved. Partial dissolution, solid remaining on the filter paper, and no carbonaceous material in the filtrate were judged to be insoluble. The presence of a carbon material in the filtrate can be determined by the fact that the filtrate has a peak in the above-described GPC analysis and that the non-volatile matter in the filtrate has a peak derived from the carbon material in the above-described Raman spectroscopic analysis.
To confirm the dispersibility, the solid remaining on the filter paper was added to the solvent, the ultrasonic treatment was performed again for 1 hour, and the resulting liquid was allowed to stand for 10 minutes. , Partially sedimented was judged to be partially dispersed, and completely sedimented was judged to be non-dispersed.
These dissolved portion, dispersed portion, and sedimented portion can be separated by operations such as filtration and centrifugation, and can be applied to applications that take advantage of their respective characteristics.

〔実施例1〕
フロログルシノール(東京化成工業株式会社製、融点:220℃、分解点:330℃、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、300℃で3時間焼成した。焼成後、黒色固体(炭素材料(1))を500mg得た。この炭素材料(1)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、可溶であり、完溶であった。また分子量を測定したところ、重量平均分子量39000、最大分子量は320000であった。
得られた炭素材料(1)のラマンスペクトルを図1に、XRDスペクトルを図2に示した。ラマンスペクトルにおいて1375cm-1、1600cm-1、2700cm-1、2890cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから25.0°ピークを有することから、炭素材料(1)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(1)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が76.77%、酸素が23.23%であった。含有する金属成分は検出されなかった(0.01%以下)。
[Example 1]
Phloroglucinol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., melting point: 220 ° C., decomposition point: 330 ° C., 1 g) was placed on a quartz boat (volume: 5 ml), and an annular furnace (manufactured by Toyo Thermo Systems Co., Ltd., KTF045N1, furnace tube: It was fired at 300° C. for 3 hours under a nitrogen stream using quartz (φ50 mm×1 m). After firing, 500 mg of a black solid (carbon material (1)) was obtained. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (1) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was soluble and completely dissolved. Further, when the molecular weight was measured, the weight average molecular weight was 39,000 and the maximum molecular weight was 320,000.
The Raman spectrum of the obtained carbon material (1) is shown in FIG. 1, and the XRD spectrum is shown in FIG. Since the Raman spectrum has peaks at 1375 cm −1 , 1600 cm −1 , 2700 cm −1 and 2890 cm −1 and the XRD spectrum has a 25.0° peak, the carbon material (1) has a graphene structure and graphene It was found to be a carbon material containing a carbon-based compound having a laminated structure. The ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (1) was 76.77% for carbon and 23.23% for oxygen. No contained metal component was detected (less than 0.01%).

〔実施例2〕
焼成温度を350℃、焼成時間を1時間とした以外は実施例1と同様の方法で製造し、黒色固体(炭素材料(2))を450mg得た。この炭素材料(2)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、可溶であり、一部溶解・一部分散であった。また可溶部の分子量を測定したところ、重量平均分子量120000、最大分子量は1300000であった。
得られた炭素材料(2)のラマンスペクトルを図3に、XRDスペクトルを図4に示した。ラマンスペクトルにおいて1355cm-1、1590cm-1、2695cm-1、2885cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから25.1°にピークを有することから、炭素材料(2)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(2)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が77.55%、酸素が22.45%であった。含有する金属成分は検出されなかった(0.01%以下)。
[Example 2]
450 mg of a black solid (carbon material (2)) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was 350° C. and the firing time was 1 hour. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (2) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was soluble, partially dissolved and partially dispersed. . Further, when the molecular weight of the soluble portion was measured, it was found to have a weight average molecular weight of 120,000 and a maximum molecular weight of 1,300,000.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (2) are shown in FIG. 3 and FIG. 4, respectively. The Raman spectrum has peaks at 1355 cm −1 , 1590 cm −1 , 2695 cm −1 and 2885 cm −1 , and the XRD spectrum has peaks at 25.1°, so the carbon material (2) has a graphene structure and It was found to be a carbon material containing a carbon-based compound having a structure in which graphene structures are laminated. The ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (2) was 77.55% for carbon and 22.45% for oxygen. No contained metal component was detected (less than 0.01%).

〔比較例1〕
焼成温度を400℃、焼成時間を1時間とした以外は実施例1と同様の方法で製造し、黒色固体(炭素材料(C1))を430mg得た。この炭素材料(C1)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、不溶・非分散であった。
得られた炭素材料(C1)のラマンスペクトルを図5に、XRDスペクトルを図6に示した。ラマンスペクトルにおいて1345cm-1、1590cm-1、2695cm-1、2880cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから25.1°にピークを有することから、炭素材料(C1)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(C1)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が77.95%、酸素が22.05%であった。
[Comparative Example 1]
430 mg of a black solid (carbon material (C1)) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was 400° C. and the firing time was 1 hour. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (C1) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was insoluble and non-dispersible.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (C1) are shown in FIG. 5 and FIG. 6, respectively. The Raman spectrum has peaks at 1345 cm −1 , 1590 cm −1 , 2695 cm −1 and 2880 cm −1 , and the XRD spectrum has peaks at 25.1°, so the carbon material (C1) has a graphene structure and It was found to be a carbon material containing a carbon-based compound having a structure in which graphene structures are laminated. In addition, the ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (C1) was 77.95% for carbon and 22.05% for oxygen.

〔実施例3〕
ヘキサヒドロキシトリフェニレン(HHTP)(和光純薬工業株式会社製、融点:400℃、分解点:430℃、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、400℃で1時間焼成した。焼成後、黒色固体(炭素材料(3))を650mg得た。この炭素材料(3)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、可溶であり、一部溶解・良好な分散性であった。また可溶部の分子量を測定したところ、重量平均分子量130000、最大分子量は1000000であった。
得られた炭素材料(3)のラマンスペクトルを図7に、XRDスペクトルを図8に示した。ラマンスペクトルにおいて1345cm-1、1600cm-1、2690cm-1、2900cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから25.8°にピークを有することから、炭素材料(3)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(3)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が79.53%、酸素が20.47%であった。含有する金属成分は検出されなかった(0.01%以下)。
[Example 3]
Hexahydroxytriphenylene (HHTP) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., melting point: 400 ° C., decomposition point: 430 ° C., 1 g) was placed on a quartz boat (volume: 5 ml) and an annular furnace (manufactured by Toyo Thermo Systems Co., Ltd., KTF045N1 , Furnace tube: quartz φ50 mm×1 m), and fired at 400° C. for 1 hour under nitrogen flow. After firing, 650 mg of a black solid (carbon material (3)) was obtained. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (3) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was soluble, partially soluble, and had good dispersibility. there were. Further, when the molecular weight of the soluble portion was measured, it was found to have a weight average molecular weight of 130,000 and a maximum molecular weight of 1,000,000.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (3) are shown in FIG. 7 and FIG. 8, respectively. The Raman spectrum has peaks at 1345 cm −1 , 1600 cm −1 , 2690 cm −1 and 2900 cm −1 , and the XRD spectrum has peaks at 25.8°, so the carbon material (3) has a graphene structure and It was found to be a carbon material containing a carbon-based compound having a structure in which graphene structures are laminated. The ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (3) was 79.53% for carbon and 20.47% for oxygen. No contained metal component was detected (less than 0.01%).

〔実施例4〕
焼成温度を430℃、焼成時間を1時間とした以外は実施例3と同様の方法で製造し、黒色固体(炭素材料(4))を620mg得た。この炭素材料(4)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、可溶であり、一部溶解・一部分散であった。また可溶部の分子量を測定したところ、重量平均分子量130000、最大分子量は1000000であった。
得られた炭素材料(4)のラマンスペクトルを図9に、XRDスペクトルを図10に示した。ラマンスペクトルにおいて1345cm-1、1600cm-1、2700cm-1、2885cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから26.0°にピークを有することから、炭素材料(4)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(4)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が81.98%、酸素が18.02%であった。含有する金属成分は検出されなかった(0.01%以下)。
[Example 4]
620 mg of a black solid (carbon material (4)) was obtained in the same manner as in Example 3 except that the firing temperature was 430° C. and the firing time was 1 hour. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (4) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was soluble, partially dissolved and partially dispersed. . Further, when the molecular weight of the soluble portion was measured, it was found to have a weight average molecular weight of 130,000 and a maximum molecular weight of 1,000,000.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (4) are shown in FIG. 9 and FIG. 10, respectively. The Raman spectrum has peaks at 1345 cm −1 , 1600 cm −1 , 2700 cm −1 and 2885 cm −1 , and the XRD spectrum has peaks at 26.0°, so the carbon material (4) has a graphene structure and It was found to be a carbon material containing a carbon-based compound having a structure in which graphene structures are laminated. The ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (4) was 81.98% for carbon and 18.02% for oxygen. No contained metal component was detected (less than 0.01%).

〔実施例5〕
焼成温度を380℃、焼成時間を1時間とした以外は実施例3と同様の方法で製造し、黒色固体(炭素材料(5))を660mg得た。この炭素材料(5)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、可溶であり、一部溶解・良好な分散性であった。
得られた炭素材料(5)のラマンスペクトルを図11に、XRDスペクトルを図12に示した。ラマンスペクトルにおいて1345cm-1、1600cm-1、2680cm-1、2895cm-1にピークを有することから、炭素材料(5)は、グラフェン構造を有するが、XRDスペクトルからは、グラフェン様の積層構造を持たない炭素系化合物を含む炭素材料であることがわかった。実施例5では、炭素化温度が融点以下であるため、分子間の反応が促進されず積層構造が形成されにくいことがわかる。すなわち、融点を持つ化合物であっても積極的に積層構造を形成させず炭素化することも可能であるといえる。また、炭素材料(5)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が71.28%、酸素が28.72%であった。含有する金属成分は検出されなかった(0.01%以下)。
[Example 5]
660 mg of a black solid (carbon material (5)) was obtained in the same manner as in Example 3, except that the firing temperature was 380° C. and the firing time was 1 hour. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (5) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was soluble, partially soluble, and had good dispersibility. there were.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (5) are shown in FIG. 11 and FIG. 12, respectively. Since the Raman spectrum has peaks at 1345 cm −1 , 1600 cm −1 , 2680 cm −1 and 2895 cm −1 , the carbon material (5) has a graphene structure. It was found to be a carbon material containing no carbon-based compounds. In Example 5, since the carbonization temperature was lower than the melting point, the intermolecular reaction was not promoted and it was difficult to form a laminated structure. That is, it can be said that even a compound having a melting point can be carbonized without positively forming a laminated structure. The ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (5) was 71.28% for carbon and 28.72% for oxygen. No contained metal component was detected (less than 0.01%).

〔比較例2〕
焼成温度を500℃、焼成時間を1時間とした以外は実施例3と同様の方法で製造し、黒色固体(炭素材料(C2))を610mg得た。この炭素材料(C2)をN-メチルピロリドン(和光純薬工業社製)を溶媒として可溶性および溶解性/分散性の確認を行ったところ、不溶・非分散であった。
得られた炭素材料(C2)のラマンスペクトルを図13に、XRDスペクトルを図14に示した。ラマンスペクトルにおいて1330cm-1、1595cm-1、2705cm-1、2835cm-1にピークを有し、XRDスペクトルから25.6°にピークを有することから、炭素材料の一種であることがわかった。また、炭素材料(C2)を構成する元素のうち水素以外の元素の割合は、炭素が83.46%、酸素が16.54%であった。
[Comparative Example 2]
610 mg of a black solid (carbon material (C2)) was obtained in the same manner as in Example 3 except that the firing temperature was 500° C. and the firing time was 1 hour. When the solubility and solubility/dispersibility of this carbon material (C2) were confirmed using N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent, it was insoluble and non-dispersible.
The Raman spectrum and the XRD spectrum of the obtained carbon material (C2) are shown in FIG. 13 and FIG. 14, respectively. It has peaks at 1330 cm −1 , 1595 cm −1 , 2705 cm −1 and 2835 cm −1 in its Raman spectrum and peaks at 25.6° in its XRD spectrum, indicating that it is a kind of carbon material. In addition, the ratio of elements other than hydrogen among the elements constituting the carbon material (C2) was 83.46% for carbon and 16.54% for oxygen.

実施例1~5の結果から、可溶部の最大分子量が1300000以下であることがわかり、このことから、少なくとも分子量が1300000以下である炭素材料であれば溶媒に溶解する炭素材料であるといえる。言い換えれば、分子量1300000を超える場合には溶媒への溶解性が乏しくなるおそれがあると考えられる。 From the results of Examples 1 to 5, it is found that the maximum molecular weight of the soluble portion is 1,300,000 or less. From this, it can be said that a carbon material having a molecular weight of at least 1,300,000 or less is a carbon material that dissolves in a solvent. . In other words, if the molecular weight exceeds 1,300,000, it is thought that the solubility in the solvent may become poor.

本発明の炭素材料は、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、不純物となる金属成分が実質的にゼロである、新規な炭素材料であり、各種用途に展開可能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The carbon material of the present invention is a novel carbon material that has excellent solubility in solvents compared to conventional carbon materials, can achieve good handleability, and contains substantially no metal components that become impurities. , can be developed for various uses.

Claims (7)

炭素材料であって、
ラマン分光分析によって得られるラマンスペクトルチャートにおいてGバンド(1550cm-1~1650cm-1の範囲内)G′バンド(2650cm-1~2750cm-1の範囲内)、Dバンド(1300cm -1 ~1400cm -1 の範囲内)およびD+D′バンド(2800cm -1 ~3000cm -1 の範囲内)にピークを有し、
分子量が1000~1300000である炭素系化合物であって、溶媒に可溶である炭素系化合物を含み、
前記溶媒が、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、クロロホルムおよびジクロロメタンからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記炭素系化合物は、前記炭素材料を前記溶媒に対して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含まれる、炭素材料。
A carbon material,
In the Raman spectrum chart obtained by Raman spectroscopic analysis , G band (within the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 ) , G' band (within the range of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 ) , D band ( within the range of 1300 cm -1 to 1400 cm −1 ) and the D+D′ band ( within the range of 2800 cm −1 to 3000 cm −1 ),
A carbon-based compound having a molecular weight of 1,000 to 1,300,000, which is soluble in a solvent ,
the solvent is selected from N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, chloroform and dichloromethane; is at least one selected from the group consisting of
The carbon-based compound is obtained by mixing the carbon material to 0.001% by mass with respect to the solvent, performing ultrasonic treatment for 1 hour, and applying the resulting liquid to PTFE filter paper (pore size 0.45 μm). A carbon material that is contained in the liquid that has passed through the filter paper when it is passed through .
前記炭素系化合物の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有する、請求項に記載の炭素材料。 2. The carbon material according to claim 1 , which has a peak within the range of 20° to 30° in an XRD spectrum chart obtained by XRD analysis of said carbon-based compound. 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)を加熱することによって得られる、請求項1または2に記載の炭素材料。 3. The carbon material according to claim 1, which is obtained by heating compound (A) in which a condensation reaction occurs between identical molecules and/or between different molecules upon heating. 前記化合物(A)が、23℃環境下で固体であって融点を有する、請求項に記載の炭素材料。 The carbon material according to claim 3 , wherein the compound (A) is solid and has a melting point in a 23°C environment. 前記加熱温度が、前記化合物(A)の分解温度をT℃とした場合に(T±50)℃である、請求項またはに記載の炭素材料。 The carbon material according to claim 3 or 4 , wherein the heating temperature is (T±50)°C, where T°C is the decomposition temperature of the compound (A). バルク状態である、請求項1からまでのいずれかに記載の炭素材料。 6. The carbon material according to any one of claims 1 to 5 , which is in a bulk state. 請求項1からまでのいずれかに記載の炭素材料の少なくとも一部が溶媒に溶解してなる、炭素材料含有液。 A carbon material-containing liquid obtained by dissolving at least part of the carbon material according to any one of claims 1 to 6 in a solvent.
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