JP4188345B2 - Adsorbent - Google Patents
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Description
この出願の発明は、吸着材に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ナノメートルスケールの新しい微細構造を有する単層カーボンナノホーン構造体からなる新規な吸着材に関するものである。 The invention of this application relates to an adsorbent. More specifically, the invention of this application relates to a novel adsorbent comprising a single-walled carbon nanohorn structure having a new nanometer-scale microstructure.
近年、ナノメートルスケールの微細構造を有する炭素物質が、単層もしくは多層のカーボンナノチューブや、フラーレン、ナノカプセル等として注目されている。これらの炭素物質は、ナノ構造黒鉛（グラファイト）物質として、新しい電子材料や触媒、光材料等への応用が期待されているものである。 In recent years, carbon materials having a nanometer-scale microstructure have attracted attention as single- or multi-walled carbon nanotubes, fullerenes, nanocapsules, and the like. These carbon materials are expected to be applied to new electronic materials, catalysts, optical materials and the like as nanostructured graphite (graphite) materials.
このうちのカーボンナノチューブについては、この出願の発明者による業績が認められてもいる。そして、従来知られているナノ構造黒鉛物質については、炭素アーク放電法もしくは炭素のレーザ蒸発法により製造されており、これらの製造方法においては、触媒として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのような金属を同時蒸発させることが生成条件とされ、かつ生成のための温度等の条件を厳密に選択することが要求されてもいた。 Among these, carbon nanotubes have been recognized for achievement by the inventors of this application. In addition, conventionally known nanostructured graphite materials are manufactured by a carbon arc discharge method or a laser evaporation method of carbon. In these manufacturing methods, a metal such as Fe, Ni, Co is used as a catalyst. Co-evaporation is a production condition, and it has been required to strictly select conditions such as temperature for production.
しかしながら、ナノ構造黒鉛物質については、今後の技術発展が期待されていることから、その特異なナノスケール微細構造そのものについての探索と、生成方法、条件と構造との関係についてのさらなる精力的な検討が求められている状況にある。このため、これまで得られた構造や製造方法の知見を超えて、ナノ構造黒鉛物質の技術的可能性とその展望を拓くことが必要とされていた。 However, as nanostructured graphite materials are expected to develop in the future, the search for the unique nanoscale microstructure itself and the more energetic examination of the relationship between the generation method, conditions and structure Is in a situation where it is required. For this reason, beyond the knowledge of the structure and manufacturing method obtained so far, it has been necessary to pioneer the technical possibilities and prospects of nanostructured graphite materials.
この出願の発明は、以上のとおりの課題状況に鑑みてなされたものであり、新しいナノ構造黒鉛物質の具体的応用としての吸着材を提供するものである。 The invention of this application has been made in view of the problems as described above, and provides an adsorbent as a specific application of a new nanostructured graphite material.
本発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、炭素原子の大きさに相当する厚みの単層で、中空円錐形状の構造を構成する単層カーボンナノホーン構造体が集合した球状粒子からなることを特徴とする吸着材を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention firstly has assembled a single-layer carbon nanohorn structure constituting a hollow conical structure with a single layer having a thickness corresponding to the size of a carbon atom . Provided is an adsorbent characterized by comprising spherical particles .
また第２には、前記単層カーボンナノホーン構造体が、中空円錐形状構造の閉鎖先端部を当該球状粒子の中心部から外方に向けて集合していることを特徴とする吸着材を提供する。 Second , the adsorbent is characterized in that the single-walled carbon nanohorn structure aggregates the closed tip end portions of the hollow conical structure outward from the central portion of the spherical particles. .
そして第３には、球状粒子の大きさが１２０ｎｍ以下である吸着材を提供する。 Third , an adsorbent having a spherical particle size of 120 nm or less is provided.
加えて、第４には、球状粒子が集合している単層カーボンナノホーン構造体からなることを特徴とする吸着材を提供する。 In addition, the fourth, provides an adsorbent, characterized in that a single layer carbon nanohorn structure spherical particles are aggregated.
また、第５には、少なくとも一部の円錐形状の閉鎖先端部の径が拡大されていることを特徴とする吸着材を提供する。 Fifth , the adsorbent is characterized in that the diameter of at least a part of the conical closed tip is enlarged.
さらに、第６には、少なくとも一部の円錐形状の閉鎖先端部が開かれていることを特徴とする吸着材を提供する。 Further, the sixth, provides an adsorbent, characterized in that the closed extremity of the at least a portion of the conical shape is open.
上記のとおりの本発明によれば、新機能材として、新規なナノ黒鉛構造体からなる吸着材が提供される。 According to the present invention as described above, an adsorbent comprising a novel nanographite structure is provided as a new functional material.
この出願の発明は、以上のとおりの特徴を有するものであるが、さらに説明すると、この出願の発明の吸着材は、炭素原子の大きさに相当する厚みの単層で、中空円錐形状の構造を構成する単層カーボンナノホーン構造体が集合した球状粒子からなることを特徴としている。 The invention of this application has the characteristics as described above. However, the adsorbent of the invention of this application is a single layer having a thickness corresponding to the size of a carbon atom, and has a hollow conical structure. It consists of the spherical particle | grains which the single-layer carbon nanohorn structure which comprises comprises.
この出願の発明の吸着材を構成する単層カーボンナノホーン構造体は、新規なナノ黒鉛構造を持つものであって、従来公知のフラーレンやカーボンナノチューブとは基本的に相違している。 The single-walled carbon nanohorn structure constituting the adsorbent of the invention of this application has a novel nanographite structure and is basically different from conventionally known fullerenes and carbon nanotubes.
単層カーボンナノホーン構造体について以下に詳しく説明すると、単層カーボンナノホーン構造体は、カーボンナノチューブのようにチューブ径が一定ではなく、チューブ径が連続的に増加する空中円錐状の、つまり角（ホーン）状の構造を有するものとして極めて特徴のある物質である。もちろん、ここで言うところの「円錐状」とは、厳密に幾何学的な定義のものに限定されるものではない。このものをも含めて、概略として円錐状、つまり角（ホーン）状であって、その特徴は、たとえば図１に模式的に示したように、折れ曲がっているもの、そうでないものも含めて、その全体構造において、少くとも一部の構造が、閉鎖先端部（１）を頂点として、チューブ（管）形状部（２）の径（Ｄ）が連続的に増加している構造として特定されるものである。そして、その際に、閉鎖先端部（１）およびチューブ（管）形状部（２）は、いずれも、炭素原子１個の大きさに相当する厚みの単層構造として形成されている。 The single-walled carbon nanohorn structure will be described in detail below. The single-walled carbon nanohorn structure is not a constant tube diameter as in the case of carbon nanotubes. ) Is a very characteristic substance having a structure. Of course, the “conical shape” mentioned here is not limited to a strictly geometric definition. Including this, it is generally conical, that is, horn-shaped, and its features include, for example, those that are bent and those that are not, as schematically shown in FIG. In the overall structure, at least a part of the structure is identified as a structure in which the diameter (D) of the tube (tube) -shaped portion (2) continuously increases with the closed tip (1) as the apex. Is. At that time, the closed tip portion (1) and the tube (tube) -shaped portion (2) are both formed as a single-layer structure having a thickness corresponding to the size of one carbon atom.
また、この発明において特徴的なことは、以上の円錐形状の単層カーボンナノホーン構造体は、その存在態様が、代表的に例示すれば、これら円錐形状の単層カーボンナノホーン構造体が集合し、円錐形状の閉鎖先端部が中心部から外方へと向って位置している球状粒子として存在することである。すなわち、この出願の発明の吸着材は、単層カーボンナノホーン構造体が、中空円錐形状構造の閉鎖先端部が球状粒子の中心部から外方に向って集合している球状粒子であるものをも含むことができる。 In addition, what is characteristic in the present invention is that the above-mentioned conical single-walled carbon nanohorn structures are typically present in the form of the conical single-walled carbon nanohorn structures, The conical closed tip is present as a spherical particle located outward from the center. That is, the adsorbent of the invention of this application is a single-walled carbon nanohorn structure in which the closed tip portion of the hollow cone-shaped structure is a spherical particle assembled outward from the central portion of the spherical particle. Can be included.
たとえば、実際に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真として説明すると、図２は、前記の球状粒子が集合状態にある場合を示したものである。個々の球状粒子は、その径（直径）が１２０ｎｍ以下、代表的には１０〜１００ｎｍの大きさを有している。図３は、この球状粒子について拡大して示したＴＥＭ写真である。また、図４は、球状粒子の表面をさらに拡大して示したＴＥＭ写真である。 For example, when actually described as a transmission electron microscope (TEM) photograph, FIG. 2 shows a case where the spherical particles are in an aggregated state. Each spherical particle has a diameter (diameter) of 120 nm or less, typically 10 to 100 nm. FIG. 3 is an enlarged TEM photograph showing the spherical particles. Further, FIG. 4 is a TEM photograph showing the surface of the spherical particles further enlarged.
図３の写真から明らかなように、球状粒子は、角（ホーン）状、つまり円錐状体の集合からなり、各々の角（ホーン）状体は、球状粒子の中心から外方に向って放射状に、閉鎖先端部が突き出た構造を有している。換言すれば、球状粒子は、先端部が円錐形の茎状花弁を持つダリヤの花、あるいはある種の菊の花に似た構造を有している。 As is apparent from the photograph in FIG. 3, the spherical particles are composed of horns, that is, a collection of conical bodies, and each horn is radially outward from the center of the spherical particles. In addition, the closed tip portion protrudes. In other words, the spherical particles have a structure resembling a dahlia flower having a conical stem-like petal at the tip, or a kind of chrysanthemum flower.
そして図４の写真からは、角（ホーン）状体は、従来のカーボンナノチューブのような円筒状ではなく、円錐形の管に近い形状で、この管の、粒子表面に突き出た先端部は閉じられていることがわかる。なお、もう一方の端は、球状粒子の中心部域の内部に位置することからその端部構造は明確には示されない。たとえば以上の図３および図４に示されているように、角（ホーン）状体は、炭素原子１個の大きさに相当する厚みの単層グラファイトによって構成されており、一端が閉じた管状構造として円錐形状を有している。 From the photograph in FIG. 4, the horn-like body is not a cylindrical shape like a conventional carbon nanotube but a shape close to a conical tube, and the tip of the tube protruding from the particle surface is closed. You can see that In addition, since the other end is located inside the central region of the spherical particle, the end structure is not clearly shown. For example, as shown in FIGS. 3 and 4 above, the horn-like body is composed of single-layer graphite having a thickness corresponding to the size of one carbon atom, and has a tubular shape with one end closed. The structure has a conical shape.
たとえばこの場合の球状粒子表面に突出した円錐形状の軸方向長さは、５０ｎｍ以下、より代表的には１０〜３０ｎｍで、軸方向に直交する前記の径（Ｄ）の大きさは６ｎｍ以下、代表的には、４ｎｍ以下であって、円錐形状の閉鎖先端部の曲率半径は４ｎｍ以下、代表的には１〜３ｎｍである。前記の径（直径）と軸方向長さとのアスペクト比は従来より知られている通常の単層カーボンナノチューブより小さい。 For example, the axial length of the conical shape protruding from the spherical particle surface in this case is 50 nm or less, more typically 10 to 30 nm, and the diameter (D) perpendicular to the axial direction is 6 nm or less, Typically, it is 4 nm or less, and the radius of curvature of the conical closed tip is 4 nm or less, typically 1 to 3 nm. The aspect ratio between the diameter (diameter) and the axial length is smaller than that of conventional single-walled carbon nanotubes.
このような単層カーボンナノホーン構造体は、以上のとおりの円錐形状の、角（ホーン）状体を少なくともその一部としている構造体としてある。そして、一つの存在態様としてこの構造体が集合して前記のとおりの球状粒子を形成しているものとしてある。さらにまた、前記の球状粒子が集合している状態にある物質も含むことができる。そして、この出願の発明の吸着材も、前記の球状粒子が集合している単層カーボンナノホーン構造体からなるものをも含む。この状態は、たとえば図２のＴＥＭ写真の物質としてその態様が例示される。より具体的にはすす状物質として存在する。つまり、黒色の粉体である。 Such a single-walled carbon nanohorn structure has a conical shape as described above, and has a horn-shaped body at least as a part thereof. And as one existence aspect, this structure aggregates and forms the spherical particle as mentioned above. Furthermore, the substance in the state which the said spherical particle has aggregated can also be included. And the adsorbent of the invention of this application also includes a single-walled carbon nanohorn structure in which the spherical particles are aggregated. For example, this state is exemplified as the substance of the TEM photograph in FIG. More specifically, it exists as a soot-like substance. That is, it is a black powder.
この出願の発明の吸着材は、さらにまた、次のような特徴のあるものとしても提供される。すなわち、前記の円錐形状の単層カーボンナノホーン構造体を酸化性物質と接触させて円錐形状の閉鎖先端部の径を拡大すること、さらには閉鎖先端部を開くことで得られる吸着材である。図５は、この拡大されて閉鎖先端部が開かれた構造を例示したＴＥＭ写真である。 The adsorbent of the invention of this application is also provided with the following characteristics. That is, it is an adsorbent obtained by bringing the conical single-walled carbon nanohorn structure into contact with an oxidizing substance to enlarge the diameter of the conical closed tip and further opening the closed tip. FIG. 5 is a TEM photograph illustrating the structure in which the enlarged closed end portion is opened.
以上のとおりの単層カーボンナノホーン構造体の特徴をまとめると以下のようになる。 The characteristics of the single-walled carbon nanohorn structure as described above are summarized as follows.
１）単層カーボンナノホーン構造体は黒色の粉体として得られる。 1) A single-walled carbon nanohorn structure is obtained as a black powder.
２）このものは、ナノメートルサイズの細孔をもつ粉体である。 2) This is a powder having nanometer size pores.
３）粉体は直径が１２０ｎｍ以下、代表的には１０〜１００ｎｍの粒子の集合体である。 3) The powder is an aggregate of particles having a diameter of 120 nm or less, typically 10 to 100 nm.
４）粒子表面はナノメートルサイズの突起で覆われている。 4) The particle surface is covered with nanometer-sized protrusions.
５）ナノメートルサイズの突起は単層のグラファイト状カーボン膜からなり、先端の閉じた角状構造で、その平均直径は６ｎｍ以下、代表的には、２〜４ｎｍである。 5) The nanometer-size protrusions are made of a single-layer graphite-like carbon film and have a square structure with a closed tip, and the average diameter is 6 nm or less, typically 2 to 4 nm.
６）ナノメートルサイズの突起の先端は酸化反応で容易に開くことができる。 6) The tip of the nanometer-sized protrusion can be easily opened by an oxidation reaction.
７）極めて大きな比表面積をもつ。 7) It has a very large specific surface area.
８）ガス吸収、吸蔵に優れる。 8) Excellent gas absorption and occlusion.
９）金属を容易に吸収しインターカレーションを形成する。 9) Easily absorbs metal and forms intercalation.
１０）毛細管作用がある。 10) Capillary action.
１１）容易にコロイド状態になり分散粒子になる。 11) It easily becomes a colloidal state and becomes dispersed particles.
１２）薄膜にし易い。 12) Easy to form a thin film.
１３）化学的、熱的に極めて安定である。 13) Very stable chemically and thermally.
１４）電気的導体である。 14) An electrical conductor.
１５）機械的に優れている。 15) Mechanically excellent.
１６）非晶質炭素や他の炭素構造体が混在しない。 16) Amorphous carbon and other carbon structures are not mixed.
１７）不純物や金属の混ざりものを全く含まない。 17) Does not contain any impurities or metal mixture.
１８）フッ素加工により撥水性になる。 18) It becomes water repellent by fluorine processing.
１９）密度が極めて小さく、超軽量材料である。 19) Extremely light material with very low density.
２０）熱吸収性に優れる。 20) Excellent heat absorption.
この出願の発明の吸着材は、こうした単層カーボンナノホーン構造体の特徴を活かして実現されることになる。この出願の発明の吸着材のさらなる工業への応用例をたとえば以下に挙げると、第１には、水素吸蔵材料を代表とするガス吸着材料、触媒担体材料、などハイテク産業、化学工業、環境問題への応用が考えられる。 The adsorbent of the invention of this application is realized by taking advantage of the characteristics of such a single-walled carbon nanohorn structure. Application examples of the adsorbent of the invention of this application to further industries include, for example, the following: First, gas adsorbing materials typified by hydrogen storage materials, catalyst support materials, etc., high-tech industries, chemical industries, environmental problems Application to is considered.
第２には、比表面積が大きいことを利用する分野では、活性炭関連以外では粒子表面に薬剤を吸着させる‘ナノカプセル’として医学への用途も考えられる。 Secondly, in the field of utilizing a large specific surface area, medical applications can be considered as 'nanocapsules' that adsorb drugs on the particle surface except for those related to activated carbon.
以上のとおりのこの出願の発明の吸着材を構成する単層カーボンナノホーン構造体は、従来知られている方法によっては製造することのできない新規物質であり、製造方法も全く新しいものである。製造方法としては、例えば、次の方法が例示される。 The single-walled carbon nanohorn structure constituting the adsorbent of the present invention as described above is a novel substance that cannot be produced by a conventionally known method, and the production method is completely new. As a manufacturing method, the following method is illustrated, for example.
＜Ａ＞ 固体状炭素単体物質に対して、不活性ガス雰囲気中で、レーザ光を照射して炭素レーザ蒸発させ、前記のすす状物質として、球状物質が集合した粉体を得る。 <A> The solid carbon simple substance is irradiated with laser light in an inert gas atmosphere to evaporate the carbon laser to obtain a powder in which spherical substances are aggregated as the soot-like substance.
＜Ｂ＞ さらに、得られたすす状物質としての粉体を溶媒に懸濁して単一もしくは複数個が集合した状態の前記球状粒子を回収する。 <B> Furthermore, the obtained powder as the soot-like substance is suspended in a solvent, and the spherical particles in a state where single or plural aggregates are collected.
より好ましい実施の態様としては、炭素レーザ蒸発は、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の希ガスをはじめとする反応不活性なガス雰囲気中において、高出力ＣＯ2 ガスレーザ光などのレーザ光を固体状炭素単体物質の表面に対して適当な角度で照射して行う。レーザ光の出力としては２０Ｗ以上で、パルス幅が２０〜５００ｍｓで、好ましくは連続発振のものとする。照射角度は、前記の固体物質表面と照射レーザ光との角度として１００〜１７０度、より好ましくは１２０〜１４０度の範囲である。また、炭素レーザ蒸発の行われる容器は、好ましくは１０-2Ｐａ以下に減圧排気し、そしてＡｒ等の不活性ガスによって１０3 〜１０5 Ｐａの雰囲気条件とする。 As a more preferred embodiment, the carbon laser evaporation is performed by using a laser beam such as a high-power CO 2 gas laser beam in a reaction inert gas atmosphere such as a rare gas such as Ar (argon) or He (helium). Irradiation is performed at an appropriate angle with respect to the surface of the solid carbon simple substance. The laser beam output is 20 W or more, the pulse width is 20 to 500 ms, and preferably continuous oscillation. The irradiation angle is in the range of 100 to 170 degrees, more preferably 120 to 140 degrees, as the angle between the surface of the solid substance and the irradiation laser beam. Further, the container in which carbon laser evaporation is performed is preferably evacuated to 10 −2 Pa or less, and the atmospheric condition is 10 3 to 10 5 Pa with an inert gas such as Ar.
照射時のレーザ光の固体物質表面へのスポット径については、たとえば０．５〜５ｍｍ程度とすることができる。また、固体物質としての炭素単体物質としては、たとえば丸棒状焼結炭素や圧縮成形炭素等を用いることができる。すす状物質は、適当な基板上に堆積して回収することや、ダストバッグによる微粒子回収の方法によって回収することができる。不活性ガスを反応容器内で流通させて、不活性ガスの流れによりこのすす状物質を回収することが考慮される。 The spot diameter of the laser beam on the surface of the solid substance at the time of irradiation can be, for example, about 0.5 to 5 mm. Moreover, as a carbon simple substance substance as a solid substance, round bar-like sintered carbon, compression-molded carbon, etc. can be used, for example. The soot-like substance can be collected by being deposited on an appropriate substrate or collected by a dust bag. It is considered that an inert gas is circulated in the reaction vessel and the soot-like substance is recovered by the flow of the inert gas.
次いで、得られたすす状物質は、単一または複数個が集合した状態の球状粒子とすることができる。この場合には、溶媒として、各種アルコール類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素や、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル、アミド等の各種の有機溶媒のうちの一種もしくは二種以上の混合物が使用できる。 Subsequently, the obtained soot-like substance can be made into a spherical particle in a state where a single substance or a plurality of soot substances are aggregated. In this case, as the solvent, various alcohols, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane, halogenated hydrocarbons, ethers, amides and other various organic solvents One kind or a mixture of two or more kinds can be used.
溶媒に懸濁し、超音波攪拌とデカンテーション等を行うこと、また必要により繰り返すことにより、単一の、または複数個の集合状態の前記球状粒子が回収できることになる。以上のとおりの製造方法においては、触媒としてのＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのような金属を同時蒸発させる必要は全くない。 By suspending in a solvent, performing ultrasonic stirring, decantation, and the like, and repeating as necessary, the spherical particles in a single or a plurality of aggregated states can be recovered. In the production method as described above, there is no need to co-evaporate metals such as Fe, Ni, and Co as catalysts.
さらにまた、次のような特徴のある方法も例示される。すなわち、前記の円錐形状の単層カーボンナノホーン構造体を酸化性物質と接触させて円錐形状の閉鎖先端部の径を拡大すること、さらには閉鎖先端部を開くことである。図５は、この拡大されて閉鎖先端部が開かれた構造を例示したＴＥＭ写真である。 Furthermore, a method having the following characteristics is also exemplified. That is, the conical single-walled carbon nanohorn structure is brought into contact with an oxidizing substance to increase the diameter of the conical closed tip, and further, the closed tip is opened. FIG. 5 is a TEM photograph illustrating the structure in which the enlarged closed end portion is opened.
この場合の酸化性物質は、ガス状または液状のいずれでもよく、たとえば酸素や、オゾン、一酸化炭素、過酸化水素等の物質が例示される。大気中において２００〜４００℃の温度に加熱することも有効である。これにより、少なくとも一部の円錐形状の閉鎖先端部の径が拡大された吸着材、もしくは、少なくとも一部の円錐形状の閉鎖先端部が開かれている吸着材が提供される。 The oxidizing substance in this case may be either gaseous or liquid, and examples thereof include oxygen, ozone, carbon monoxide, hydrogen peroxide, and the like. It is also effective to heat to a temperature of 200 to 400 ° C. in the atmosphere. Thus, an adsorbent in which the diameter of at least a part of the conical closed tip is enlarged or an adsorbent in which at least a part of the conical closed tip is opened is provided.
再度強調することになるが、この単層カーボンナノホーン構造体は従来法では合成できない新規物質であり、合成方法も全く新しいものである。したがって、この単層カーボンナノホーン構造体からなるこの出願の発明の吸着材も、全く新規なものであり、競合する技術は存在しない。この新規物質に近い物質としてカーボンナノチューブやナノカプセルが知られているが、構造や形態に大きな違いがあり、したがってそれらの性質や期待される用途も異なる。また、その他の類似物質として、活性炭、活性炭素繊維が存在するが、それらの物質の原子配列構造はこの発明による単層カーボンナノホーンとは基本的に異なり、化学的また物理的特性も異なる。この発明による吸着材は、活性炭などに比べると原子配列を含む構造と形態が原子レベルで評価できるため、工業的応用を考える場合より具体的で精密な設計が可能になる。また使用結果の予測も可能である。 Again, this single-walled carbon nanohorn structure is a novel substance that cannot be synthesized by the conventional method, and the synthesis method is completely new. Therefore, the adsorbent of the present invention comprising this single-walled carbon nanohorn structure is also completely new and there is no competing technique. Carbon nanotubes and nanocapsules are known as substances close to this new substance, but there are significant differences in structure and form, and therefore their properties and expected uses are also different. In addition, activated carbon and activated carbon fibers exist as other similar substances, but the atomic arrangement structure of these substances is fundamentally different from that of the single-walled carbon nanohorn according to the present invention, and the chemical and physical characteristics are also different. Since the adsorbent according to the present invention can be evaluated at the atomic level in terms of structure and form including atomic arrangement as compared with activated carbon or the like, a more specific and precise design is possible than when considering industrial applications. In addition, the use result can be predicted.
以下に実施例を示し、この出願の発明の吸着材とその製造についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples will be shown below, and the adsorbent of the present invention and its production will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples.
（実施例１）
固体状炭素単体物質としての焼結丸棒状炭素を真空容器内に設置し、容器内を１０-2Ｐａにまで減圧排気した後に、Ａｒ（アルゴン）ガスを６×１０4 Ｐａの雰囲気圧となるように導入した。
(Example 1)
Sintered round rod-like carbon as a solid carbon simple substance is placed in a vacuum vessel, and the inside of the vessel is evacuated to 10 −2 Pa. Then, Ar (argon) gas has an atmospheric pressure of 6 × 10 4 Pa. Introduced as follows.
次いで高出力のＣＯ2 ガスレーザ光（出力１００Ｗ、パルス幅２０ｍｓ、連続発振）を、炭素単体物質の表面とのなす角度を１２０度として照射した。これにより炭素レーザ蒸発が行われ、すす状物質が発生した。回収したすす状物質を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した結果を示したものが図２〜図４である。 Next, high-power CO 2 gas laser light (output 100 W, pulse width 20 ms, continuous oscillation) was irradiated at an angle of 120 degrees with the surface of the carbon simple substance. As a result, carbon laser evaporation was performed, and soot-like material was generated. 2 to 4 show the results of observing the collected soot-like substance with a transmission electron microscope (TEM).
図２からは、すす状物質は、直径１０〜１００ｎｍのほぼ球状粒子の集合からなる粉体であることがわかる。図３の拡大図からは、各々の球状粒子は、空中部の直径１〜４ｎｍの角（ホーン）状物体の集合体であって、角（ホーン）状物体は球状粒子の中心部から放射状に形成され、表面部に突き出た構造を有していることがわかる。そして、図４の球状粒子の表面を示した拡大図からは、角（ホーン）状物質は円錐形状を有し、球状粒子の表面に突き出た先端部分は閉じた構造で、その曲率半径は１〜３ｎｍであることがわかる。 FIG. 2 shows that the soot-like substance is a powder composed of a collection of substantially spherical particles having a diameter of 10 to 100 nm. From the enlarged view of FIG. 3, each spherical particle is an aggregate of horn-shaped objects having a diameter of 1 to 4 nm in the air, and the horn-shaped objects are radially formed from the center of the spherical particles. It can be seen that it has a structure that is formed and protrudes to the surface. And from the enlarged view showing the surface of the spherical particle in FIG. 4, the horn-like substance has a conical shape, the tip portion protruding from the surface of the spherical particle has a closed structure, and its radius of curvature is 1 It can be seen that it is ˜3 nm.
円錐形状の角状物体は、炭素原子一個の大きさに相当する厚みの単層グラファイトで構成され、その長さは２０〜５０ｎｍ以下程度で、中空部直径が前記のように１〜４ｎｍのものである。 The conical angular object is composed of single-layer graphite having a thickness corresponding to the size of one carbon atom, the length is about 20 to 50 nm or less, and the hollow part diameter is 1 to 4 nm as described above. It is.
（実施例２）
実施例１において製造したすす状物質を溶媒としてのエタノールに懸濁し、超音波攪拌（周波数４０ＫＨｚ、時間６０分）とデカンテーションとを４回繰り返した。
(Example 2)
The soot-like substance produced in Example 1 was suspended in ethanol as a solvent, and ultrasonic stirring (frequency 40 KHz, time 60 minutes) and decantation were repeated four times.
これにより、実施例１において見られた球状粒子を、孤立粒子、また数個の粒子からなるものとして得ることができた。 Thereby, the spherical particle seen in Example 1 was able to be obtained as what consists of an isolated particle and several particles.
（実施例３）
実施例１において製造した球状粒子の集合体を、３８０℃の温度において、乾燥空気中で３時間加熱した。
(Example 3)
The aggregate of spherical particles produced in Example 1 was heated in dry air at a temperature of 380 ° C. for 3 hours.
図５は、加熱後の粒子の表面を示したＴＥＭ写真であって、円錐形状の閉鎖先端部が拡大した単層カーボンナノホーン構造体が得られていることがわかる。また、いくつかの円錐形状の閉鎖先端部は開いている。 FIG. 5 is a TEM photograph showing the surface of particles after heating, and it can be seen that a single-walled carbon nanohorn structure with an enlarged conical closed tip is obtained. Also, some conical closed tips are open.
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