一次元炭素同素体カルビン状構造を起源とする多孔性炭素の調製と電気二重層容量

一维碳同素异形体类卡尔文结构制备多孔碳及双电层容量

• 批准号: 13750770
• 负责人: 白石 壮志
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750770/
• 关键词: ポリテトラフルオロエチレン; カルビン; 多孔質炭素; 電気二重層容量; 細孔径分布; メソ孔; 多孔性炭素

1.はじめに現在、電気二重層キャパシタ用電極材料には活性炭などの多孔質炭素が用いられているが、多孔質炭素電極の微細構造と二重層容量との関係には不明な点が多い。研究代表者はこれまでに、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の脱フッ素化反応によって生成するカルビン状構造から、高い二重層容量特性を示すメソポーラスカーボンを調製した。本年度は、上記のPTFE系メソポーラスカーボンの二重層容量特性と細孔側壁の炭素原子の配列状態との相関について明らかにした。2.実験手法リチウムナフタレニドを用いてPTFEの脱フッ素化(炭素化)を行った。脱フッ素化物を800℃で熱処理することで副生成物のLiFドメインを発達させた。その後、希塩酸によってLiFを除去することで脱フッ素化物をメソポーラス化した。これ以降、得られた試料をPCPTFEと呼ぶ。細孔構造は、窒素吸脱着測定によって行った。二重層容量は、1.0MのLiClO_4を含むプロピレンカーボネート中で定電流法により求めた。細孔側壁の炭素原子の配列状態は酸素吸着を用いた昇温脱離法(TPD)によって分析した。3.結果と考察二重層容測定の結果、PCPTFEは、ほぼ同じ比表面積を持つメソポーラスカーボンブラックに比べてカチオン吸着容量、アニオン吸着容量ともに大きいことが分かった。メソポーラスカーボンブラックは、PCPTFEと同様、細孔幅が大きいためイオン篩効果が現れない。このため、PCPTFEの高い容量は細孔径分布の影響だけでは説明できない。一方、TPDによる細孔側壁の分析によって、PCPTFEの細孔側壁は酸素吸着に対して活性が高く、酸素の吸着サイトの密度が他の多孔質炭素よりも高いことが分かった。以上の結果により、PTFE系メソポーラスカーボンの高い二重層容量特性は細孔構造だけでなく細孔側壁の炭素の配列状態によるものであることが明らかになった。

1.引言目前，活性炭等多孔碳被用作双电层电容器的电极材料，但多孔碳电极的微观结构与双电层电容之间的关系尚不清楚。主要研究人员之前已经通过聚四氟乙烯（PTFE）脱氟反应产生的类卡宾结构制备了具有高双层容量特性的介孔碳。今年，我们阐明了上述PTFE基介孔碳的双层容量特性与孔侧壁碳原子排列之间的相关性。 2.实验方法使用萘化锂对PTFE进行脱氟（碳化）。通过在800℃下对脱氟产物进行热处理，副产物的LiF域得到发展。此后，通过用稀盐酸除去LiF而使脱氟产物具有介孔性。今后，所得样品将简称为PCPTFE。孔结构通过氮气吸附/解吸测量来确定。在含有1.0M LiClO_4的碳酸丙烯酯中采用恒电流法测定双电层电容。利用氧吸附通过程序升温解吸（TPD）分析孔侧壁上碳原子的排列。 3.结果与讨论双层体积测量的结果发现，与具有大致相同比表面积的介孔炭黑相比，PCPTFE具有更大的阳离子吸附能力和阴离子吸附能力。与PCPTFE一样，介孔炭黑具有较大的孔宽度，因此不会发生离子筛分效应。因此，PCPTFE的高容量不能仅用孔径分布的影响来解释。另一方面，TPD对孔侧壁的分析表明，PCPTFE的孔侧壁具有较高的氧吸附活性，氧吸附位点的密度高于其他多孔碳。上述结果表明，PTFE介孔碳的高双层容量不仅归因于孔结构，还归因于碳在孔侧壁上的排列。

项目成果

Soshi Shiraishi, et al.: "Double Layer Capacitance of Porous Carbons Derived From Defluorination of PTFE"Molecular Crystal and Liquid Crystal. 388. 129-135 (2002)

Soshi Shiraishi 等人：“PTFE 脱氟衍生的多孔碳的双层电容”分子晶体和液晶。

白石壮志: "炭素細孔体界面におけるイオン吸脱着と電気二重層キャパシタ"化学と工業. 56. 129-132 (2003)

Takeshi Shiraishi：“碳多孔界面的离子吸附/解吸和双电层电容器”化学与工业，56. 129-132 (2003)。

Soshi Shiraishi, et al.: "Electric double layer capacitance of highly pure single-walled carbon nanotubes(HiPcoBuckytubes) in propylene carbonate electrolytes"Electrochemistry Communications. 4. 593-598 (2002)

Soshi Shiraishi 等人：“碳酸丙烯酯电解质中高纯单壁碳纳米管（HiPcoBuckytubes）的双电层电容”电化学通讯。

白石 壮志, 大谷 朝男 (2章2節分担、監修 田村 英雄、編者 松田 好晴ら: "電子とイオンの機能化学シリーズVol.2 大容量電気二重層キャパシタの最前線"エヌ・ティー・エス. 373(13) (2002)

白石武、大谷麻男（第2章第2节，田村秀雄监修，松田良晴等编辑：《电子与离子功能化学系列第2卷：大容量双电层电容器的最前沿》NTS。 373（13）（2002）