(57)【要約】【課題】炭素被膜を有するカルシウムアルミネート化合物を提供する。【解決手段】被膜付き化合物１の製造方法は、カルシウムアルミネート化合物の原料である化合物原料と、炭素を含む被膜原料とを混合して原材料を生成する工程を備える。また、当該製造方法は、当該原材料を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、被膜付き化合物１を生成する工程を備える。被膜付き化合物１は、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部１２と、本体部１２を被覆する炭素被膜１３とを備える。当該製造方法により、本体部１２および炭素被膜１３を備える被膜付き化合物１を容易に製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被膜付き化合物であって、
カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部と、
前記本体部を被覆する炭素被膜と、
を備えることを特徴とする被膜付き化合物。
【請求項２】
請求項１に記載の被膜付き化合物であって、
前記本体部が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含むことを特徴とする被膜付き化合物。
【請求項３】
請求項２に記載の被膜付き化合物であって、
前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトであることを特徴とする被膜付き化合物。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の被膜付き化合物であって、
前記炭素被膜が、カーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含むことを特徴とする被膜付き化合物。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の被膜付き化合物であって、
前記本体部および前記炭素被膜に水素分子を吸蔵する水素吸蔵体であることを特徴とする被膜付き化合物。
【請求項６】
被膜付き化合物の製造方法であって、
ａ）カルシウムアルミネート化合物の原料である化合物原料と、炭素を含む被膜原料とを混合して原材料を生成する工程と、
ｂ）前記原材料を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部と、前記本体部を被覆する炭素被膜とを備える被膜付き化合物を生成する工程と、
を備えることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記ｂ）工程における加熱温度が、７００℃以上かつ１４００℃以下であることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記原材料における前記被膜原料の割合が、０．５モル％以上かつ７０モル％以下であることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記原材料における前記被膜原料の割合が、１０モル％以上かつ７０モル％以下であることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記被膜原料が糖類を含むことを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記被膜原料が炭化水素を含み、前記炭化水素が、２つ以上の炭素原子、２つ以上のＯＨ基、および、２つ以上のＣＯ結合を含むことを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記本体部が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含むことを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトであることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１４】
請求項６ないし１３のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記炭素被膜が、カーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含むことを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【請求項１５】
請求項６ないし１４のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、
前記ｂ）工程における前記不活性ガス雰囲気が水素含有ガス雰囲気であり、
前記ｂ）工程により、前記本体部および前記炭素被膜に水素分子が吸蔵された前記被膜付き化合物が生成されることを特徴とする被膜付き化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜付き化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カルシウムアルミネート化合物の一種であるマイエナイトを利用して、水素を生成する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、マイエナイトのフリー酸素が水素で置換された水素置換マイエナイトを水素製造に用いることが提案されている。また、特許文献１では、当該水素置換マイエナイトに紫外線を照射することにより、導電性マイエナイトを製造することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３６６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１には、マイエナイトの表面に被膜を形成する技術については開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、炭素被膜を有するカルシウムアルミネート化合物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、被膜付き化合物であって、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部と、前記本体部を被覆する炭素被膜とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の被膜付き化合物であって、前記本体部が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の被膜付き化合物であって、前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の被膜付き化合物であって、前記炭素被膜が、カーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含む。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の被膜付き化合物であって、前記本体部および前記炭素被膜に水素分子を吸蔵する水素吸蔵体である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、被膜付き化合物の製造方法であって、ａ）カルシウムアルミネート化合物の原料である化合物原料と、炭素を含む被膜原料とを混合して原材料を生成する工程と、ｂ）前記原材料を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部と、前記本体部を被覆する炭素被膜とを備える被膜付き化合物を生成する工程とを備える。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記ｂ）工程における加熱温度が、７００℃以上かつ１４００℃以下である。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記原材料における前記被膜原料の割合が、０．５モル％以上かつ７０モル％以下である。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記原材料における前記被膜原料の割合が、１０モル％以上かつ７０モル％以下である。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記被膜原料が糖類を含む。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項６ないし１０のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記被膜原料が炭化水素を含み、前記炭化水素が、２つ以上の炭素原子、２つ以上のＯＨ基、および、２つ以上のＣＯ結合を含む。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項６ないし１１のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記本体部が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、請求項６ないし１３のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記炭素被膜が、カーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含む。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、請求項６ないし１４のいずれかに記載の被膜付き化合物の製造方法であって、前記ｂ）工程における前記不活性ガス雰囲気が水素含有ガス雰囲気であり、前記ｂ）工程により、前記本体部および前記炭素被膜に水素分子が吸蔵された前記被膜付き化合物が生成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、炭素被膜を有するカルシウムアルミネート化合物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一の実施の形態に係る被膜付き化合物の構成を示す断面図である。
【図２】被膜付き化合物の製造の流れを示す図である。
【図３】実施例１〜６および比較例１における製造条件および水素吸蔵量を示す図である。
【図４】実施例１で製造した被膜付き化合物の断面を示す写真である。
【図５】被膜付き化合物の水素吸蔵量の測定に利用した測定装置の構成を示す図である。
【図６】実施例３の被膜付き化合物の表面を示す写真である。
【図７】実施例４の被膜付き化合物の表面を示す写真である。
【図８】実施例１，５，６の被膜付き化合物のラマンスペクトルを示す図である。
【図９】実施例１，３，４の被膜付き化合物のラマンスペクトルを示す図である。
【図１０】実施例１〜５の被膜付き化合物におけるラマンスペクトルの分析結果と水素吸蔵量との関係を示す図である。
【図１１】実施例１〜５の被膜付き化合物におけるラマンスペクトルの分析結果と水素吸蔵量との関係を示す図である。
【図１２】実施例１〜４および比較例１における水素吸蔵量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る被膜付き化合物１を示す断面図である。被膜付き化合物１は、本体部１２と、炭素被膜１３とを備える。本体部１２は、実質的にカルシウムアルミネート化合物により形成される。炭素被膜１３は、実質的に炭素により形成される薄膜であり、本体部１２を被覆する。具体的には、炭素被膜１３は、本体部１２の外表面を被覆する。炭素被膜１３の厚さは、例えば、２ｎｍ（ナノメートル）以上かつ１０００ｎｍ以下である。被膜付き化合物１は、例えば、本体部１２および炭素被膜１３に水素分子（Ｈ２）を吸蔵する水素吸蔵体として利用される。
【００２４】
本体部１２のカルシウムアルミネート化合物は、例えばボイド構造体を含む。当該ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイド（ケージともいう。）を有する結晶構造体である。ボイド構造体では、複数のボイドは、例えば三次元的に連結される。本体部１２に含まれるボイド構造体は、例えばマイエナイトである。マイエナイトは、直径約０．４ｎｍのボイドが三次元的に連結された結晶構造（すなわち、マイエナイト型結晶構造）を有する化合物であり、マイエナイト型化合物とも呼ばれる。当該マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３とも表記される。）を主に含む化合物である。換言すれば、マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を代表組成として有する。当該マイエナイトにおけるカルシウム（Ｃａ）とアルミニウム（Ａｌ）とのモル比は、好ましくは１３：１２〜１１：１６である。当該マイエナイトでは、カルシウム原子およびアルミニウム原子のうち、一部の原子が他の原子に置換されていてもよい。また、ボイド中のフリー酸素イオンの一部または全部が、他の陰イオンに置換されていてもよい。
【００２５】
次に、図２を参照しつつ、被膜付き化合物１の製造方法の一例について説明する。当該製造方法では、最初に、カルシウムアルミネート化合物の原料である化合物原料を準備する（ステップＳ１１）。本製造例では、化合物原料およびカルシウムアルミネート化合物は、カトアイト（Ｃａ３Ａｌ２（ＯＨ）１２）およびマイエナイトである。ステップＳ１１では、例えば、アルミニウム粉体と水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とを水媒体中で撹拌することにより、カルシウムアルミネートおよび水素を生成する。当該撹拌は、例えば、水素の発生が停止するまで行われる。カルシウムアルミネートは水中に沈殿する。沈殿物であるカルシウムアルミネートを濾取して乾燥させる（すなわち、水分を除去する）ことにより、カトアイトが取得される。
【００２６】
上述の水媒体は、好ましくはイオン交換水である。また、混合されるアルミニウム粉体と水酸化カルシウムとの重量比は、例えば、２：１〜３：１である。アルミニウム粉体と水酸化カルシウムとの混合物に添加される水媒体の重量は、当該混合物の重量に対して、例えば１０倍以下である。上述の撹拌処理の際の温度条件、圧力条件および雰囲気条件等は特に限定されない。当該撹拌処理は、例えば、常温、常圧および空気雰囲気下にて行われる。また、濾取された沈殿物の乾燥処理の際の温度条件、圧力条件および雰囲気条件等も特に限定されない。当該乾燥処理は、例えば、７０℃、常圧および空気雰囲気下にて行われる。乾燥時間は、適宜決定されてよい。
【００２７】
ステップＳ１１が終了すると、水媒体と、炭素を含む被膜原料と、上述の化合物原料とが混合され、混合物が撹拌される。そして、当該混合物が乾燥されて水分が除去されることにより、被膜原料と化合物原料とが混合された原材料が生成される（ステップＳ１２）。当該水媒体は、好ましくはイオン交換水である。ステップＳ１２における混合物の乾燥処理の際の温度条件、圧力条件および雰囲気条件等は特に限定されない。当該乾燥処理は、例えば、７０℃、常圧および空気雰囲気下にて行われる。乾燥時間は、適宜決定されてよい。
【００２８】
本製造例では、被膜原料は、糖類を含むことが好ましい。また、被膜原料は、好ましくは炭化水素を含み、当該炭化水素は、２つ以上の炭素原子（Ｃ）、２つ以上の水酸基（ＯＨ基）、および、２つ以上の炭素−酸素結合（ＣＯ結合）を含むことが好ましい。当該条件を満たす炭化水素は、例えば、糖類、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、クエン酸、ＥＧ（エチレングリコール）およびポリオール等である。被膜原料は、上述の条件を満たす炭化水素である糖類を含むことが、より好ましい。本製造例では、被膜原料は、例えばスクロース、フルクトースまたはグルコースである。
【００２９】
上述の原材料における被膜原料の割合（すなわち、被膜原料および化合物原料の合計モル数に対する被膜原料のモル数の割合であり、以下、「被膜原料割合」ともいう。）は、好ましくは、０．５モル％以上かつ７０モル％以下であり、さらに好ましくは、１０モル％以上かつ７０モル％以下である。なお、上述の原材料には、被膜原料および化合物原料以外の物質が含まれていてもよい。
【００３０】
ステップＳ１２が終了すると、上述の原材料が不活性ガス雰囲気（すなわち、不活性ガス雰囲気）下で加熱されて焼成される。これにより、図１に示すように、本体部１２と炭素被膜１３とを備える被膜付き化合物１が生成される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３における原材料の加熱処理（すなわち、焼成処理）の際の圧力条件は特に限定されない。当該加熱処理の際の圧力条件は、常圧雰囲気、大気圧よりも低圧の減圧雰囲気、および、大気圧よりも高圧の加圧雰囲気のうち、いずれであってもよい。
【００３１】
ステップＳ１３における加熱温度は、好ましくは、７００℃以上かつ１４００℃以下であり、さらに好ましくは、１１００℃以上かつ１２５０℃以下である。ステップＳ１３における不活性ガス雰囲気は、例えば、水素ガス、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスのうち少なくとも１種類以上のガスにより形成される。本製造例では、ステップＳ１３における不活性ガス雰囲気は水素含有ガス雰囲気である。このため、ステップＳ１３により、本体部１２および炭素被膜１３に水素分子が吸蔵された被膜付き化合物１が生成される。上述の水素含有ガス雰囲気における水素の体積割合は、例えば、５体積％以上かつ１００体積％以下である。
【００３２】
以下では、上述の製造方法により製造された被膜付き化合物１の複数の実施例１〜６について説明する。また、実施例１〜６と比較するための比較例１についても説明する。図３は、実施例１〜６および比較例１における製造条件および水素吸蔵量を示す図である。
【００３３】
実施例１では、ステップＳ１１において、容量１Ｌ（リットル）の反応器であるセパラブルフラスコに、イオン交換水１００ｍＬ（ミリリットル）と、アルミニウム粉体（ミナルコ株式会社製の＃１５０）１．５ｇと、水酸化カルシウム（和光純薬株式会社製）４．５ｇとを投入し、全体を撹拌した。続いて、反応器内における水素ガスの生成終了（すなわち、発泡現象の終了）を目視により確認した後、反応器内の反応液を濾過した。そして、濾取した固形分を、大気雰囲気下（すなわち、常圧の空気雰囲気下）にて７０℃で加熱して乾燥処理を行った。当該乾燥処理を２時間に亘って行うことにより、カトアイトを取得した。
【００３４】
次に、ステップＳ１２では、イオン交換水２０ｍＬと、カトアイト２ｇと、被膜原料割合が２モル％のスクロースとを混合し、混合物を撹拌した。そして、当該混合物を大気雰囲気下にて７０℃で加熱して乾燥処理を行い、原材料を生成した。原材料の生成後、ステップＳ１３において、当該原材料を、水素雰囲気下（すなわち、水素の体積割合が約１００体積％である水素含有ガス雰囲気下）にて１２５０℃で２時間に亘って加熱して焼成することにより、水素分子を吸蔵した被膜付き化合物１を生成した。図４は、実施例１で製造した被膜付き化合物１の断面を示す写真である。図４に示すように、被膜付き化合物１では、カトアイトが焼成されて生成されたマイエナイトである本体部１２の表面が、炭素により形成された炭素被膜１３により被覆されている。
【００３５】
その後、被膜付き化合物１から水素分子を放出させ、被膜付き化合物１の水素吸蔵量の測定を行った。被膜付き化合物１は、常温かつ常圧下（具体的には、２５℃前後の大気圧下）では、吸蔵している水素分子を放出しない。被膜付き化合物１から効率良く水素分子を放出させるためには、４０℃以上に加熱する必要がある。被膜付き化合物１の加熱温度の上限値については特に制限はないが、例えば、９０℃以下である。すなわち、被膜付き化合物１の加熱温度は、好ましくは、４０℃以上かつ９０℃以下である。より好ましくは、被膜付き化合物１の加熱温度は４０℃以上かつ８０℃以下であり、さらに好ましくは、６０℃以上かつ７０℃以下である。被膜付き化合物１の加熱は、例えば、熱媒体を被膜付き化合物１に直接的または間接的に接触させることにより行われる。熱媒体としては、例えば、水、空気または不活性ガスが利用可能である。
【００３６】
図５は、被膜付き化合物１の水素吸蔵量の測定に利用した測定装置８の構成を示す図である。測定装置８は、反応器８１と、除湿剤（例えば、シリカゲル）が充填された除湿器８２と、ガスクロマトグラフィ８３とを備える。水素吸蔵量の測定では、容量２０ｍＬの反応器８１に０．０４５ｇの被膜付き化合物１と１ｍLの水を投入し、ヒータにより６０℃に加熱する。反応器８１から流出する水素含有ガスは、除湿器８２を通過することにより水分が除去されて水素ガスとなる。当該水素ガスはガスクロマトグラフィ８３に導かれ、ガスクロマトグラフィ８３により被膜付き化合物１からの水素ガスの発生量が測定される。そして、ガスクロマトグラフィ８３の測定値から、被膜付き化合物１の水素吸蔵量が求められる。実施例１における被膜付き化合物１の水素吸蔵量は、９ｍＬ／ｇであった。なお、当該ガスが水素ガスであることは、ガスクロマトグラフィ８３により同定した。ガスクロマトグラフィ８３としては、ＴＣＤ（Thermal Conductivity Detector）型ガスクロマトグラフィ（株式会社島津製作所製のＧＣ−８Ａ）を利用した。
【００３７】
実施例２〜６では、ステップＳ１２において被膜原料割合または被膜原料の種類を変更する点を除き、実施例１と同様の手順にて被膜付き化合物１を生成し、測定装置８により水素吸蔵量を計測した。実施例２では、ステップＳ１２における被膜原料および被膜原料割合はスクロースおよび５モル％であり、水素吸蔵量は１１ｍＬ／ｇであった。実施例３では、ステップＳ１２における被膜原料および被膜原料割合はスクロースおよび１０モル％であり、水素吸蔵量は１２ｍＬ／ｇであった。図６は、実施例３で製造した被膜付き化合物１の表面（すなわち、炭素被膜１３）を示す写真である。図６に示す例では、炭素被膜１３はカーボンファイバーを含む。
【００３８】
実施例４では、ステップＳ１２における被膜原料および被膜原料割合はスクロースおよび５０モル％であり、水素吸蔵量は１４ｍＬ／ｇであった。図７は、実施例４で製造した被膜付き化合物１の表面（すなわち、炭素被膜１３）を示す写真である。図７に示す例では、炭素被膜１３はカーボンファイバーおよびカーボンナノチューブを含む。
【００３９】
実施例５では、ステップＳ１２における被膜原料および被膜原料割合はフルクトースおよび２モル％であり、水素吸蔵量は１０ｍＬ／ｇであった。実施例６では、ステップＳ１２における被膜原料および被膜原料割合はグルコースおよび２モル％であり、水素吸蔵量は７ｍＬ／ｇであった。
【００４０】
図８、図９、図１０および図１１は、実施例１〜６で生成された被膜付き化合物１についてラマン分光分析を行った結果を示す図である。ラマン分光分析は、日本分光株式会社製の「ＮＲＳ−３１００」を用いて、励起波長５３２ｎｍ、露光時間３０秒、積算回数２回、対物レンズ１００Ｘ、レーザパワー約１ｍＷの条件下で行った。図８、図９、図１０および図１１に示す各実施例の分析結果は、各実施例の被膜付き化合物１において５つの測定点にて測定を行い、得られた測定値の平均値である。
【００４１】
図８は、実施例１，５，６（スクロース２モル％、フルクトース２モル％、グルコース２モル％）の被膜付き化合物１のラマンスペクトルを示す図である。図９は、実施例１，３，４（スクロース２モル％、１０モル％、５０モル％）の被膜付き化合物１のラマンスペクトルを示す図である。図８および図９の横軸はラマンシフトを示し、縦軸はラマン強度（すなわち、散乱強度）を示す。図８中の線７１は実施例６のスペクトルを示し、線７２は実施例１のスペクトルを示し、線７３は実施例５のスペクトルを示す。図９中の線７４は、実施例１のスペクトルを示し、線７５は実施例３のスペクトルを示し、線７６は実施例４のスペクトルを示す。
【００４２】
図９における線７５および線７６の右側のピーク（すなわち、Ｇバンドのピーク）の位置が、線７４の右側のピークに比べて左側（すなわち、ラマンシフトが小さくなる側）に位置している。また、線７５および線７６の右側のピーク近傍の形状は、線７４の右側のピーク近傍の形状に比べて変形し、滑らかさが減少している。これにより、線７５，７６に対応する実施例３，４では、炭素被膜１３がカーボンファイバーおよび／またはカーボンナノチューブを含んでいることがわかる。なお、実施例には示していないが、被膜原料としてスクロースを利用し、被膜原料割合が７０モル％の場合も、炭素被膜１３はカーボンファイバーおよびカーボンナノチューブを含むことが確認されている。
【００４３】
図１０は、実施例１〜５（スクロース２モル％、５モル％、１０モル％、５０モル％、フルクトース２モル％）の被膜付き化合物１におけるラマンスペクトルの分析結果と水素吸蔵量との関係を示す図である。図１０の横軸は、Ｇバンドのピーク位置のラマンシフトを示し、縦軸は水素吸蔵量を示す。図１０では、Ｇバンドのピーク位置のラマンシフトが小さくなるに従って、被膜付き化合物１の水素吸蔵量が増大する傾向にある。
【００４４】
図１１は、実施例１〜５の被膜付き化合物１におけるラマンスペクトルの分析結果と水素吸蔵量との関係を示す他の図である。図１１の横軸は、Ｄ／Ｇを示し、縦軸は水素吸蔵量を示す。当該Ｄ／Ｇは、ラマンスペクトルのＤバンドのピーク値をＧバンドのピーク値で除算したものであり、ピーク強度比ともいう。Ｄ／Ｇが１に近くなるに従って、炭素被膜１３中のカーボンナノファイバーおよび／またはカーボンナノチューブの割合が増加することを意味し、当該割合が増加するに従って、炭素被膜１３の水素吸蔵量も増加することがわかる。
【００４５】
実施例１〜６の水素放出後の被膜付き化合物１は、例えば、水素含有ガス雰囲気下にて焼成することにより、水素分子を再度吸蔵することができる。当該焼成時の加熱温度は、例えば、４００℃以上かつ１３５０℃以下である。
【００４６】
比較例１では、ステップＳ１２において被膜原料を加えない点を除き、実施例１と同様の手順にてマイエナイトを生成し、測定装置８により水素吸蔵量を計測した。生成されたマイエナイトの表面には炭素被膜は存在しない。比較例１では、水素吸蔵量は３ｍＬ／ｇであった。
【００４７】
図１２は、実施例１〜４および比較例１における水素吸蔵量を示す図である。図１２の横軸は被膜原料割合を示し、縦軸は水素吸蔵量を示す。図１２に示す例では、被膜原料割合が増大するに従って、水素吸蔵量も増大する。
【００４８】
以上に説明したように、被膜付き化合物１は、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部１２と、本体部１２を被覆する炭素被膜１３とを備える。被膜付き化合物１は、本体部１２および炭素被膜１３に水素分子を吸蔵する水素吸蔵体として利用可能である。この場合、上述の実施例１〜６に示すように、炭素被膜を有しない比較例１に比べて、水素吸蔵量を増大させることができる。
【００４９】
上述のように、本体部１２は、複数のボイドを有するボイド構造体を含む。当該複数のボイドは、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能である。これにより、被膜付き化合物１の水素吸蔵量をさらに増大させることができる。また、ボイド構造体は、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。マイエナイトは、例えば、アルミニウム粉体と水酸化カルシウム等の安価な材料により形成されたカトアイトを加熱することにより、比較的低コストにて生成することができる。したがって、被膜付き化合物１の製造コストを低減することができる。
【００５０】
上述の実施例３および４では、被膜付き化合物１の炭素被膜１３がカーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含む。当該被膜付き化合物１では、カーボンファイバーまたはカーボンナノチューブにも水素分子を吸蔵することができるため、被膜付き化合物１の水素吸蔵量をさらに増大させることができる。
【００５１】
上述の被膜付き化合物１の製造方法は、カルシウムアルミネート化合物の原料である化合物原料と、炭素を含む被膜原料とを混合して原材料を生成する工程（ステップＳ１２）を備える。また、当該製造方法は、当該原材料を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、被膜付き化合物１を生成する工程（ステップＳ１３）を備える。当該製造方法によれば、カルシウムアルミネート化合物により形成された本体部１２と、本体部１２を被覆する炭素被膜１３とを備える被膜付き化合物１を容易に製造することができる。
【００５２】
また、被膜付き化合物１の製造方法では、ステップＳ１３における不活性ガス雰囲気が水素含有ガス雰囲気であり、ステップＳ１３により、本体部１２および炭素被膜１３に水素分子が吸蔵された被膜付き化合物１が生成される。このように、被膜付き化合物１の生成と、被膜付き化合物１への水素分子の吸蔵とを同時に行うことにより、水素分子が吸蔵された被膜付き化合物１の生成を簡素化することができる。なお、被膜付き化合物１を生成した後、水素含有ガス雰囲気下での焼成等により、被膜付き化合物１への水素分子の吸蔵が行われてもよい。
【００５３】
被膜付き化合物１の製造方法では、上述の原材料を加熱する工程（ステップＳ１３）における加熱温度が、７００℃以上かつ１４００℃以下である。これにより、本体部１２の比表面積を大きくすることができる。その結果、本体部１２の表面を水素吸着にさらに適した状態とすることができ、被膜付き化合物１の水素吸蔵量をさらに増大させることができる。
【００５４】
また、被膜付き化合物１の製造方法では、ステップＳ１２にて生成される原材料における被膜原料の割合（すなわち、被膜原料割合）が、０．５モル％以上かつ７０モル％以下である。これにより、本体部１２の表面に炭素被膜１３を好適に生成することができる。さらに、原材料における被膜原料の割合が、１０モル％以上かつ７０モル％以下である場合、炭素被膜１３にカーボンファイバーおよび／またはカーボンナノチューブを生成することができる（上記実施例３および実施例４参照）。炭素被膜１３がカーボンファイバーまたはカーボンナノチューブを含むことにより、上述のように、被膜付き化合物１の水素吸蔵量をさらに増大させることができる。
【００５５】
上述の被膜付き化合物１の製造方法では、好ましくは、被膜原料が糖類を含む。これにより、炭素被膜１３を好適に形成することができる。
【００５６】
また、被膜原料は、炭化水素を含み、当該炭化水素が、２つ以上の炭素原子、２つ以上の水酸基、および、２つ以上の炭素−酸素結合を含むことも好ましい。この場合も、炭素被膜１３を好適に形成することができる。
【００５７】
上述の被膜付き化合物１および被膜付き化合物１の製造方法では、様々な変更が可能である。
【００５８】
例えば、被膜付き化合物１の本体部１２は、実質的にカルシウムアルミネート化合物により形成されていれば、他の物質を含んでいてもよい。炭素被膜１３は、実質的に炭素により形成されていれば、他の物質を含んでいてもよい。
【００５９】
本体部１２のカルシウムアルミネート化合物に含まれるボイド構造体は、必ずしもマイエナイトである必要はない。例えば、当該ボイド構造体は、［ＨＮ（ＣＨ２ＣＨ２）３ＮＨ）Ｋ１．３５[Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２  ］・ｘＨ２Ｏ、または、（ＣＳ３［Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２］・ｘＨ２Ｏを含むものであってもよい。また、本体部１２のカルシウムアルミネート化合物は、ボイド構造体を含まなくてもよい。例えば、本体部１２のカルシウムアルミネート化合物は、カトアイトであってもよい。
【００６０】
被膜付き化合物１の上記製造方法では、ステップＳ１２で生成される原材料における被膜原料の割合は、上述の例から変更されてもよい。また、被膜原料は、糖類や上述の炭化水素には限定されず、様々に変更されてよい。さらに、炭素被膜１３がカーボンファイバーおよび／またはカーボンナノチューブを含む場合、カーボンファイバーおよび／またはカーボンナノチューブは、上述の被膜原料割合の制御以外の方法で生成されてもよい。ステップＳ１３における加熱温度は、上述の例から変更されてもよい。さらには、被膜付き化合物１の製造方法は、上述の例には限定されず、他の様々な方法により被膜付き化合物１が製造されてもよい。
【００６１】
被膜付き化合物１は、水素吸蔵体以外の様々な用途に利用されてよい。
【００６２】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００６３】
１    被膜付き化合物
１２    本体部
１３    炭素被膜
Ｓ１１〜Ｓ１３    ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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