碳材料和碳材料的制造方法技术

本发明专利技术的一个方面提供一种碳材料，其具备：具有开口部的含碳层，以及以覆盖所述含碳层的所述开口部的方式设置的固体物质，所述固体物质具有通到所述开口部的孔部。体物质具有通到所述开口部的孔部。体物质具有通到所述开口部的孔部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳材料和碳材料的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种碳材料和碳材料的制造方法。

技术介绍

[0002]石墨烯、碳纳米管和碳纳米角等由于其机械特性和电特性而被期待应用于各种用途。例如，进行了如下研究：在石墨烯上形成微细的通水孔，将其用于过滤器以用于溶液的脱盐处理或脱离子处理；以及，在碳纳米管和碳纳米角中形成微细的孔作为分子筛而用于气体分离。
[0003]专利文献1中记载了一种用于将石墨烯穿孔的方法，其特征在于，包括以下工序：将气流暴露于大气压等离子体中，在所述大气压等离子体的下游生成从该大气压等离子体中分离出的所述活化气流的工序；将从所述大气压等离子体中分离出的所述活化气流朝向石墨烯片定向的工序；以及，通过所述活化气流对所述石墨烯片进行穿孔的工序，所述气流具有某种浓度的活化气体，所述活化气体选自氧气、氮气或它们的组合中的1种。
[0004]专利文献2中记载了一种方法，其为将石墨烯系材料的片穿孔的方法，所述方法包括如下工序：将包含具有至少2个表面的单层石墨烯的所述石墨烯系材料的片和形成于所述单层石墨烯上的非石墨烯性碳系材料进行定位；将所述单层石墨烯的所述表面的大于10％且小于80％用所述非石墨烯性碳系材料覆盖；以及，将所述石墨烯系材料的片暴露于离子中，所述离子的特征在于具有10eV～100keV的离子能量和具有1
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10
13
离子/cm2～1
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21
离子/cm2的能流。现有技术文献
[0005]专利文献专利文献1：日本特表2013
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536077号公报专利文献2：日本特表2018
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529612号公报

技术实现思路

专利技术要解决的课题
[0006]但是，石墨烯等具有由多个碳原子构成的六方晶格结构作为基本构成，其表面的化学环境均匀。因此，有时难以控制开孔。另外，在对以往的石墨烯等的穿孔技术中，在穿孔时或穿孔之后，有时会在石墨烯中产生裂纹等，有时难以抑制该裂纹的扩张。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种具有细孔并且抑制了裂纹扩张等的机械强度优异的碳材料。本专利技术的目的还在于提供一种制造如上所述那样的碳材料的制造方法。解决课题的手段
[0008]本专利技术的一个方面提供一种碳材料，其具备：具有开口部的含碳层；和以覆盖上述含碳层的上述开口部的方式设置的固体物质，上述固体物质具有通到上述开口部的孔部。
[0009]上述碳材料具有含碳层所具有的开口部，通过在该开口部上设置固体物质，可抑制裂纹的扩张等，机械强度优异。
[0010]上述含碳层可以是单分子层。
[0011]上述含碳层可以包含选自石墨烯和氧化石墨烯中的至少1种。
[0012]上述固体物质可以包含选自酞菁(phthalocyanine)、卟吩(porphin)、卟啉(porphyrin)、咔咯(corrole)、二氢卟酚(chlorin)和它们的衍生物中的至少1种。
[0013]可以在上述含碳层上排列多个上述固体物质。
[0014]可以在上述含碳层上规则地排列多个上述固体物质。
[0015]本专利技术的一个方面提供一种碳材料的制造方法，其包括：第1工序，从含有含碳层、金属配合物和溶剂的分散液中降低上述溶剂的含量，形成在上述含碳层的表面附着有上述金属配合物的复合体，第2工序，对上述复合体进行加热处理，在构成上述金属配合物的金属原子附近的上述含碳层中设置开口部，和第3工序，除去构成上述金属配合物的金属原子的至少一部分，以形成具有通到上述开口部的孔部的固体物质。
[0016]上述碳材料的制造方法由于包括使金属配合物附着于含碳层，利用该金属配合物的金属元素形成开口部的工序，因此能够在比较温和的条件下形成开口部，能够提供抑制了裂纹扩张等的机械强度优异的碳材料。
[0017]上述第2工序中的加热温度可以为200～450℃。通过将第2工序中的加热温度设定为上述范围内，更容易控制开口部的开口直径等，能够更充分地抑制裂纹的产生。
[0018]上述第2工序可以为如下的工序：通过使上述复合体与硝酸铵共存，在真空下在200～280℃进行加热处理，在构成上述金属配合物的金属原子附近的上述含碳层中设置开口部。
[0019]上述第3工序可以是通过酸处理而除去金属原子的至少一部分的工序。通过酸处理来进行第3工序，更容易除去金属原子和形成孔部。
[0020]上述金属原子可以包含选自过渡金属、碱土金属和铝中的至少1种。通过使上述金属原子包含选自上述金属原子中的至少1种，更容易在含碳层中设置开口部。
[0021]上述过渡金属可以包含选自铁、铜、钴、钒、镍、铝、锌、碱土金属和镧系元素中的至少1种金属原子。通过使上述金属原子包含选自上述的金属原子中的至少1种，更容易在含碳层中设置开口部。
[0022]上述含碳层可以是单分子层。
[0023]上述含碳层可以包含选自石墨烯和氧化石墨烯中的至少1种。
[0024]上述金属配合物可以包含选自酞菁、卟吩、卟啉、咔咯、二氢卟酚和它们的衍生物中的至少1种与金属原子的配合物。通过使金属配合物包含上述酞菁等与金属原子的配合物，容易在含碳层上以一定的规则性排列金属配合物。
[0025]可以在上述含碳层上排列多个上述固体物质。
[0026]可以在上述含碳层上规则地排列多个上述固体物质。专利技术效果
[0027]根据本专利技术，能够提供具有细孔并且抑制了裂纹扩张等的机械强度优异的碳材
料。根据本专利技术，能够提供制造如上所述那样的碳材料的制造方法。
附图说明
[图1]图1是表示碳材料的一例的示意性截面图。[图2]图2是表示实施例1制备的碳材料的紫外可见吸收光谱的图。[图3]图3是表示实施例2制备的碳材料的紫外可见吸收光谱的图。[图4]图4是表示碳材料在氧气气氛下的热重测定结果的图。[图5]图5是表示碳材料在氮气气氛下的热重测定结果的图。[图6]图6是表示碳材料的氮吸附量与氮的相对压力之间的关系的图。[图7]图7是表示通过碳材料的氮吸附求出的每细孔容积的氩吸附量与氩的压力之间的关系的图。[图8]图8是表示通过碳材料的氮吸附求出的每细孔容积的六氟化硫吸附量与六氟化硫气体的压力之间的关系的图。[图9]图9是实施例4的碳材料的制造过程中的片材表面的电子显微镜图像。[图10]图10是比较例3的碳材料的制造过程中的片材表面的电子显微镜图像。
具体实施方式
[0029]以下，根据情况参照附图说明本专利技术的实施方式。但是，以下的实施方式是用于说明本专利技术的例示，并不意图将本专利技术限定于以下的内容。上下左右等的位置关系只要没有特别说明，则依照附图所示的位置关系。各要素的尺寸比率并不限定于附图所示的比率。
[0030]本说明书中例示的材料只要没有特别说明，可以单独使用1种或组合使用2种以上。在存在多种相当于组合物中各成分的物质的情况下，组合物中的各成分的含量，只要没有特别说明，则是指组合物中存在的该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.碳材料，其具备：含碳层，具有开口部；和固体物质，以覆盖所述含碳层的所述开口部的方式设置，所述固体物质具有通到所述开口部的孔部。2.权利要求1所述的碳材料，其中，所述含碳层为单分子层。3.权利要求1或2所述的碳材料，其中，所述含碳层包含选自石墨烯和氧化石墨烯中的至少1种。4.权利要求1～3任一项所述的碳材料，其中，所述固体物质包含选自酞菁、卟吩、卟啉、咔咯、二氢卟酚和它们的衍生物中的至少1种。5.权利要求1～4任一项所述的碳材料，其中，在所述含碳层上排列有多个所述固体物质。6.权利要求1～4任一项所述的碳材料，其中，在所述含碳层上规则地排列有多个所述固体物质。7.碳材料的制造方法，其包括：第1工序，从含有含碳层、金属配合物和溶剂的分散液中降低所述溶剂的含量，形成在所述含碳层的表面附着有所述金属配合物的复合体，第2工序，对所述复合体进行加热处理，在构成所述金属配合物的金属原子附近的所述含碳层中设置开口部，和第3工序，除去构成所述金属配合物的金属原子的至少一部分，以形成具有通到所述开口部的孔部的固体物质。8.权利要求7所述的制造方法，其中，所述第2工序中的加热温度为200～450℃。9.权利要求7所述的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：金子克美，高城寿雄，清水恭，S，
申请(专利权)人：国立大学法人信州大学，
类型：发明
国别省市：