(57)【要約】  コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料を提供する。本発明の一実施形態に係る炭素材料は、比表面積が２００ｍ２／ｇ以下であり、水素圧力１０ＭＰａにおいて１．５×１０−５ｇ／ｍ２以上の水素吸蔵能を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
比表面積が２００ｍ２／ｇ以下であり、
水素圧力１０ＭＰａにおいて１．５×１０−５ｇ／ｍ２以上の水素吸蔵能を示す
ことを特徴とする炭素材料。
【請求項２】
全細孔容積が０．４００ｃｍ３／ｇ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素材料。
【請求項３】
元素分析法により測定される、炭素原子のモル含有量に対する窒素原子のモル含有量の比率が０．０３０以上である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素材料。
【請求項４】
遷移金属を含有しない
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の炭素材料。
【請求項５】
有機物を含有し遷移金属を含有しない原料の炭素化により得られる
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の炭素材料。
【請求項６】
水素吸蔵量（重量％）が水素圧力に対して直線的に増加する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の炭素材料。
【請求項７】
水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら水素吸蔵量（重量％）を測定し、次いで前記水素圧力を１１．５ＭＰａから０ＭＰａまで減少させながら前記水素吸蔵量を測定した場合において、前記水素圧力を増加させながら測定された前記水素圧力４．０ＭＰａにおける前記水素吸蔵量に対する、前記水素圧力を減少させながら測定された前記水素圧力４．０ＭＰａにおける前記水素吸蔵量の比が、１．２以上である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の炭素材料。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の炭素材料を水素吸蔵に使用する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
有機ポリマーを含む原料を炭素化して請求項１乃至７のいずれかに記載の炭素材料を製造する方法であって、
前記有機ポリマーの主鎖を決定すること、
決定された前記主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定すること、
前記主鎖と、決定された前記複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意すること、
用意された前記複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製すること、
調製された前記複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価すること、
前記水素吸蔵能の評価結果に基づき、前記複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択すること、及び
選択された前記候補炭素材料の調製に使用された前記候補ポリマーを前記有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、前記炭素材料を製造すること、
を含む
ことを特徴とする炭素材料の製造方法。
【請求項１０】
有機ポリマーを含む原料を炭素化して炭素材料を製造する方法であって、
前記有機ポリマーの主鎖を決定すること、
決定された前記主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定すること、
前記主鎖と、決定された前記複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意すること、
用意された前記複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製すること、
調製された前記複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価すること、
前記水素吸蔵能の評価結果に基づき、前記複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択すること、及び
選択された前記候補炭素材料の調製に使用された前記候補ポリマーを前記有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、前記炭素材料を製造すること、
を含む
ことを特徴とする炭素材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素材料に関し、特に水素吸蔵能を示す炭素材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、燃焼しても二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源として注目されている。そこで、水素を燃料として利用するため、水素を貯蔵及び運搬する方法が検討されている。【０００３】
水素を貯蔵及び運搬する方法としては、高圧ガスボンベによるものが一般的である。しかし、ガスボンベは重いという欠点がある。また、ガスボンベの単位容積当たりの貯蔵効率は、実用上の限界があるために大きな向上は期待できない。【０００４】
一方、ガスボンベに代わる水素の貯蔵方法として、例えば、水素吸蔵合金を利用する方法が知られている。しかし、水素吸蔵合金はそれ自身が重いという欠点がある。このため、水素吸蔵合金より軽量で、且つ高い水素貯蔵能を示す材料の開発が求められている。【０００５】
この点、近年、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及び活性炭等の炭素材料が、軽量で、且つ水素を吸蔵できる材料として注目され、これらを水素吸蔵材料として利用することが検討されている。【０００６】
具体的に、例えば、特許文献１には、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上である炭素材料を含む水素吸蔵体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０３８９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の炭素材料は、その比表面積が大きいため、所望の水素吸蔵量を達成するためには、嵩高くならざるを得なかった。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る炭素材料は、比表面積が２００ｍ２／ｇ以下であり、水素圧力１０ＭＰａにおいて１．５×１０−５ｇ／ｍ２以上の水素吸蔵能を示すことを特徴とする。本発明によれば、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料を提供することができる。【００１１】
前記炭素材料は、全細孔容積が０．４００ｃｍ３／ｇ以下であることとしてもよい。また、前記炭素材料は、元素分析法により測定される、炭素原子のモル含有量に対する窒素原子のモル含有量の比率が０．０３０以上であることとしてもよい。また、前記炭素材料は、遷移金属を含有しないこととしてもよい。また、前記炭素材料は、有機物を含有し遷移金属を含有しない原料の炭素化により得られることとしてもよい。【００１２】
また、前記炭素材料は、水素吸蔵量（重量％）が水素圧力に対して直線的に増加することとしてもよい。また、前記炭素材料は、水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら水素吸蔵量（重量％）を測定し、次いで前記水素圧力を１１．５ＭＰａから０ＭＰａまで減少させながら前記水素吸蔵量を測定した場合において、前記水素圧力を増加させながら測定された前記水素圧力４．０ＭＰａにおける前記水素吸蔵量に対する、前記水素圧力を減少させながら測定された前記水素圧力４．０ＭＰａにおける前記水素吸蔵量の比が、１．２以上であることとしてもよい。【００１３】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る方法は、前記いずれかの炭素材料を水素吸蔵に使用することを特徴とする。本発明によれば、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料を使用した水素吸蔵方法を提供することができる。【００１４】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る炭素材料の製造方法は、有機ポリマーを含む原料を炭素化して前記いずれかの炭素材料を製造する方法であって、前記有機ポリマーの主鎖を決定すること、決定された前記主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定すること、前記主鎖と、決定された前記複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意すること、用意された前記複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製すること、調製された前記複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価すること、前記水素吸蔵能の評価結果に基づき、前記複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択すること、及び選択された前記候補炭素材料の調製に使用された前記候補ポリマーを前記有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、前記炭素材料を製造すること、を含むことを特徴とする。本発明によれば、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料の製造方法を提供することができる。【００１５】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る炭素材料の製造方法は、有機ポリマーを含む原料を炭素化して炭素材料を製造する方法であって、前記有機ポリマーの主鎖を決定すること、決定された前記主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定すること、前記主鎖と、決定された前記複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意すること、用意された前記複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製すること、調製された前記複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価すること、前記水素吸蔵能の評価結果に基づき、前記複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択すること、及び選択された前記候補炭素材料の調製に使用された前記候補ポリマーを前記有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、前記炭素材料を製造すること、を含むことを特徴とする。本発明によれば、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す炭素材料及びこれに関する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る実施例１〜１０において炭素材料の特性を評価した結果の一例を示す説明図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る比較例１〜８において炭素材料の特性を評価した結果の一例を示す説明図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る実施例１〜５において評価された、水素圧力と炭素材料の水素吸蔵量との相関関係の一例を示す説明図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る実施例６〜１０において評価された、水素圧力と炭素材料の水素吸蔵量との相関関係の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る実施例において評価された、有機ポリマーの末端基を構成する封止剤のモル質量と炭素材料の水素吸蔵量との相関関係の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は本実施形態で示す例に限られない。
【００１９】
本実施形態に係る炭素材料（以下、「本炭素材料」という。）は、比表面積が２００ｍ２／ｇ以下であり、水素圧力１０ＭＰａにおいて１．５×１０−５ｇ／ｍ２以上の水素吸蔵能を示す。
【００２０】
ここで、従来、炭素材料の水素吸蔵能を向上させるには、その細孔を多くする、すなわち比表面積を大きくすることが効果的であると考えられてきた。これに対し、本炭素材料は意外にも、上述のとおり、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示す。したがって、本炭素材料は、水素吸蔵用炭素材料として好ましく使用される。すなわち、本炭素材料は、水素を燃料として利用する種々の装置やシステムに好ましく適用される。
【００２１】
このため、本実施形態に係る方法の一つは、本炭素材料を水素吸蔵に使用する方法であることとしてもよい。すなわち、この方法においては、本炭素材料に、燃料として使用される水素を吸蔵させる。また、この方法においては、本炭素材料に水素を吸蔵させた後、本炭素材料から水素を放出させてもよい。
【００２２】
本炭素材料の比表面積は、２００ｍ２／ｇ以下であれば特に限られないが、例えば、１７０ｍ２／ｇ以下であってもよく、１５０ｍ２／ｇ以下であってもよく、１００ｍ２／ｇ未満であってもよく、９０ｍ２／ｇ以下であってもよく、８０ｍ２／ｇ以下であってもよい。
【００２３】
より具体的に、本炭素材料の比表面積は、例えば、０．００１ｍ２／ｇ以上、２００ｍ２／ｇ以下であってもよく、０．００１ｍ２／ｇ以上、１７０ｍ２／ｇ以下であってもよく、０．００１ｍ２／ｇ以上、１５０ｍ２／ｇ以下であってもよく、０．００１ｍ２／ｇ以上、１００ｍ２／ｇ未満であってもよく、０．００１ｍ２／ｇ以上、９０ｍ２／ｇ未満であってもよく、０．００１ｍ２／ｇ以上、８０ｍ２／ｇ以下であってもよい。比表面積は、窒素ガスを用いたＢＥＴ法により測定される。
【００２４】
また、これらの場合、本炭素材料の比表面積は、例えば、０．００５ｍ２／ｇ以上であることとしてもよく、０．０１０ｍ２／ｇ以上であることとしてもよく、０．０５０ｍ２／ｇ以上であることとしてもよく、０．１００ｍ２／ｇ以上であることとしてもよい。
【００２５】
本炭素材料の水素圧力１０ＭＰａにおける単位表面積当たりの水素吸蔵量は、１．５×１０−５ｇ／ｍ２以上であれば特に限られないが、例えば、１．８×１０−５ｇ／ｍ２以上であってもよく、２．０×１０−５ｇ／ｍ２以上であってもよい。この水素吸蔵量の上限値は特に限られないが、例えば、１０ｇ／ｍ２以下であることとしてもよい。
【００２６】
本炭素材料は、水素吸蔵量（重量％）が水素圧力に対して直線的に増加することとしてもよい。具体的に、例えば、本炭素材料は、水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら、少なくとも３点の水素圧力における水素吸蔵量（重量％）を測定した場合において、当該少なくとも３点で測定された当該水素吸蔵量の値を最小二乗法で直線近似して得られる相関係数（Ｒ）が０．９５０以上であることとしてもよい。
【００２７】
本炭素材料は、水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら水素吸蔵量（重量％）を測定し、さらに続いて当該水素圧力を１１．５ＭＰａから０ＭＰａまで減少させながら当該水素吸蔵量（重量％）を測定した場合において、当該水素圧力を増加させながら測定された当該水素圧力４．０ＭＰａにおける当該水素吸蔵量（重量％）に対する、当該水素圧力を減少させながら測定された当該水素圧力４．０ＭＰａにおける当該水素吸蔵量（重量％）の比が、１．２以上であることとしてもよい。
【００２８】
すなわち、本炭素材料は、水素圧力に伴う水素吸蔵量（重量％）の変化において、比較的大きなヒステリシスを示す。このように大きなヒステリシスが示される理由は明らかではないが、本炭素材料が有する炭素構造に特有の水素との化学的相互作用が反映されているものと考えられる。
【００２９】
本炭素材料は、多孔性の炭素材料である。具体的に、本炭素材料は、直径１００ｎｍ未満の細孔を有する。この点、本炭素材料は、全細孔容積が０．４００ｃｍ３／ｇ以下であることとしてもよい。
【００３０】
この場合、本炭素材料の全細孔容積は、例えば、０．３００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．２００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．１５０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．１００ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。より具体的に、本炭素材料の全細孔容積は、例えば、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．４００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．３００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．２００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．１５０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．１００ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。また、これらの場合、本炭素材料の全細孔容積は、例えば、０．００２ｃｍ３／ｇ以上であることとしてもよく、０．００３ｃｍ３／ｇ以上であることとしてもよい。炭素材料の全細孔容積は、窒素ガスを用いたＢＥＴ法における最大吸着量に基づいて算出される。
【００３１】
本炭素材料は、細孔の一部として、直径２ｎｍ未満のミクロ孔を有する。この点、本炭素材料の全ミクロ孔容積は、例えば、０．０４０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．０３５ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．０３０ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。
【００３２】
より具体的に、本炭素材料の全ミクロ孔容積は、例えば、０.００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０４０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０.００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０３５ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０.００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０３０ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。また、これらの場合、本炭素材料の全ミクロ孔容積は、例えば、０.００２ｃｍ３／ｇ以上であることとしてもよく、０.００３ｃｍ３／ｇ以上であることとしてもよい。炭素材料の全ミクロ孔容積は、窒素吸着等温線に対し、ＤＲ法を適用することにより算出される。
【００３３】
本炭素材料は、細孔の一部として、直径２ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のメソ孔を有する。この点、本炭素材料の全メソ孔容積は、例えば、０．３００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．２００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．１００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．０５０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．０１５ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．０１０ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。
【００３４】
より具体的に、本炭素材料の全メソ孔容積は、例えば、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．３００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．２００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．１００ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０５０ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０１５ｃｍ３／ｇ以下であってもよく、０．００１ｃｍ３／ｇ以上、０．０１０ｃｍ３／ｇ以下であってもよい。炭素材料の全メソ孔容積は、ＢＪＨ法により算出される。
【００３５】
本炭素材料は、窒素を含有することが好ましい。この点、本炭素材料は、元素分析法により測定される、炭素原子のモル含有量（％）に対する窒素原子のモル含有量（％）の比率（以下、「Ｎ／Ｃ比」という。）が０．０３０以上であることとしてもよい。
【００３６】
この場合、本炭素材料のＮ／Ｃ比（−）は、例えば、０．０３５以上であってもよく、０．０３９以上であってもよく、０．０４０以上であってもよく、０．０４１以上であってもよい。より具体的に、本炭素材料のＮ／Ｃ（−）は、例えば、０．０３０以上、０．０７５以下であってもよく、０．０３５以上、０．０７５以下であってもよく、０．０３９以上、０．０７５以下であってもよく、０．０４０以上、０．０７５以下であってもよく、０．０４１以上、０．０７５以下であってもよい。また、これらの場合、本炭素材料のＮ／Ｃ（−）は、例えば、０．０７０以下であってもよく、０．０６５以下であってもよい。
【００３７】
本炭素材料は、遷移金属を含有しないこととしてもよい。ここで、遷移金属とは、周期表の３族から１２族に属する金属である。本炭素材料は、有機物を含有し遷移金属を含有しない原料の炭素化により得られることとしてもよい。すなわち、本炭素材料の製造方法は、有機物を含有し遷移金属を含有しない原料を炭素化することを含む方法であることとしてもよい。
【００３８】
本炭素材料は、金属を含有しないこととしてもよい。また、本炭素材料は、有機物を含有し金属を含有しない原料の炭素化により得られることとしてもよい。すなわち、本炭素材料の製造方法は、有機物を含有し金属を含有しない原料を炭素化することを含む方法であることとしてもよい。
【００３９】
炭素化は、原料を加熱して、当該原料が炭素化される温度（以下、「炭素化温度」という。）で保持することにより行う。炭素化温度は、原料が炭素化される温度であれば特に限られず、例えば、３００℃以上であってもよく、７００℃以上であってもよい。より具体的に、炭素化温度は、例えば、３００℃〜３０００℃であってもよく、７００℃〜２０００℃であってもよい。
【００４０】
炭素化温度までの昇温速度は、例えば、０．５℃／分〜３００℃／分である。炭素化温度で原料を保持する時間は、例えば、５分〜２４時間である。炭素化は、窒素等の不活性ガスの流通下で行うことが好ましい。
【００４１】
原料に含まれる有機物は、炭素化できるもの（炭素源として使用できるもの）であれば特に限られず、有機高分子量化合物（例えば、有機ポリマー）、有機低分子量化合物、バイオマス等、任意の１種以上の有機物が使用される。
【００４２】
有機物としては、窒素を含有する有機物が好ましく使用される。窒素含有有機物は、その分子内に窒素原子を含む有機化合物を含有する有機物であれば特に限られず、例えば、窒素含有有機高分子量化合物、窒素含有有機低分子量化合物、窒素含有バイオマス等、任意の１種以上の窒素含有有機物が使用される。
【００４３】
窒素含有有機化合物としては、窒素含有有機ポリマーが好ましく使用される。窒素含有有機ポリマーは、その分子内に窒素原子を含む有機ポリマーであれば特に限られず、任意の１種以上の窒素含有有機ポリマーが使用される。
【００４４】
具体的に、窒素含有有機ポリマーは、例えば、ポリカルボジイミド、ポリピロール、ポリビニルピロール、３−メチルポリピロール、ポリビニルピリジン、ポリアニリン、ポリアミノビスマレイミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾ−ル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、キチン、キトサン、絹、毛、ポリアミノ酸、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリカルバゾール、ポリビスマレイミド、グアナミン樹脂、メラミン樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群より選択される１種以上であることとしてもよい。
【００４５】
原料における有機ポリマー（例えば、窒素含有有機ポリマー）の含有量は、上述のような特性を有する本炭素触媒が得られる範囲であれば特に限られないが、例えば、１重量％〜１００重量％であることとしてもよく、１０重量％〜１００重量％であってもよい。
【００４６】
窒素含有有機ポリマーとしては、例えば、ポリカルボジイミドが好ましく使用される。この場合、本炭素材料は、ポリカルボジイミドを含有し遷移金属を含有しない原料の炭素化により得られることとしてもよい。
【００４７】
ポリカルボジイミドは、カルボジイミドの重合体であれば、特に限られない。ポリカルボジイミドの重合度は、特に限られないが、例えば、２以上、３０以下であることとしてもよく、２以上、２５以下であってもよく、２以上、２０以下であってもよい。また、これらの場合、カルボジイミドの重合度は、例えば、３以上であることとしてもよく、４以上であることとしてもよい。
【００４８】
ポリカルボジイミドとしては、例えば、有機ジイソシアネートの脱二酸化炭素を伴う縮合反応により得られるものを使用することとしてもよい。より具体的に、ポリカルボジイミドは、例えば、有機ジイソシアネートを溶媒中又は無溶媒で、リン系触媒又はチタン系触媒の存在下、加熱撹拌することにより得られる。こうして得られたポリカルボジイミドの形態は、原料として使用する有機ジイソシアネートの種類により異なり、主に粉体状、塊状、液状、水飴状、又は溶媒に溶解されたワニス状である。本実施形態においては、どの形態のポリカルボジイミドを使用してもよい。
【００４９】
ポリカルボジイミドを構成するカルボジイミドは、官能基“−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−”を有する化合物であれば特に限られないが、例えば、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート及び脂環式ジイソシアネートからなる群より選択される１種以上を使用して合成される。
【００５０】
具体的に、ポリカルボジイミドを構成するカルボジイミドは、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、１，５−ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、リジンジイソシアネート（ＬＤＩ）、水添キシリレンジイソシアネート（水添ＸＤＩ）、ジクロヘキシルジイソシアネート（ＣＨＰＩ）、ビス（４−イソシアネートシクロヘキシル）メタン、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、及びこれらの誘導体からなる群より選択される１種以上を使用して合成されることとしてもよい。
【００５１】
原料におけるポリカルボジイミドの含有量は特に限られないが、例えば、１重量％以上、１００重量％以下であることとしてもよく、２重量％以上、１００重量％以下であってもよい。
【００５２】
原料がポリカルボジイミドを含有する場合、当該原料は、当該ポリカルボジイミドからなる主鎖を有するポリマーを含有することとしてもよい。この場合、本炭素材料は、ポリカルボジイミドからなる主鎖を有するポリマーを含有し遷移金属を含有しない原料の炭素化により得られることとしてもよい。
【００５３】
ポリカルボジイミドからなる主鎖を有するポリマーは、末端基を有する。すなわち、ポリカルボジイミドからなる主鎖を有するポリマーの重合においては、イソシアネート基と反応する封止剤を使用し、その結果、当該ポリマーは、当該封止剤から構成される末端基を有する。この末端基を構成する封止剤は、イソシアネート基と反応し、重合における封止剤として使用されるものであれば特に限られない。具体的に、末端基を構成する封止剤は、例えば、ＮＨ２基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＣＯ基及びＳＨ基からなる群より選択される１種以上の官能基を有することとしてもよい。末端基を構成する封止剤は、例えば、モル質量が１７ｇ／ｍоｌ以上、１０００ｇ／ｍоｌ以下であることとしてもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、８００ｇ／ｍоｌ以下であってもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、６００ｇ／ｍоｌ以下であってもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、４００ｇ／ｍоｌ以下であってもよい。また、これらの場合、末端基を構成する封止剤のモル質量は、例えば、１８ｇ／ｍоｌ以上であってもよく、１９ｇ／ｍоｌ以上であってもよい。
【００５４】
原料におけるポリカルボジイミドからなる主鎖を有するポリマーの含有量は、例えば、１重量％以上、１００重量％以下であることとしてもよく、２重量％以上、１００重量％以下であってもよい。
【００５５】
本炭素材料は、賦活処理を行うことなく製造されることとしてもよい。この点、従来、多くの炭素材料の製造においては、その特性を向上させるために賦活処理が行われていた。これに対し、本炭素材料の上述した優れた特性は、賦活処理を行うことなく達成される。このため、本炭素材料は、従来に比べて簡略化された工程で効率よく製造される。
【００５６】
本炭素材料は、上述したような原料の炭素化を含む方法により製造される。ここで、本願発明の発明者らは、主鎖及び末端基を有する有機ポリマーを含む原料を炭素化して炭素材料を製造する場合において、当該炭素材料の水素吸蔵能が当該末端基の種類に応じて変化することを見出した。
【００５７】
そこで、本実施形態に係る炭素材料の製造方法は、例えば、有機ポリマーを含む原料を炭素化して炭素材料を製造する方法であって、当該有機ポリマーの主鎖を決定すること、決定された当該主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定すること、当該主鎖と、決定された当該複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意すること、用意された当該複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製すること、調製された当該複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価すること、当該水素吸蔵能の評価結果に基づき、当該複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択すること、及び選択された当該候補炭素材料の調製に使用された当該候補ポリマーを当該有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、当該炭素材料を製造すること、を含むこととしてもよい。
【００５８】
すなわち、この方法においては、まず有機ポリマーの主鎖を決定する。ここで、有機ポリマーは、上述の窒素含有有機ポリマーであることが好ましい。また、窒素含有有機ポリマーの主鎖としては、例えば、ポリカルボジイミドからなる主鎖が好ましく使用される。
【００５９】
次に、決定された主鎖の末端基として複数の候補末端基を決定する。複数の候補末端基は、種類が異なる複数の候補末端基であれば特に限られないが、例えば、ポリカルボジイミドからなる主鎖を使用する場合には、イソシアネート基と反応する、種類が異なる複数の候補末端基が好ましく使用される。
【００６０】
また、複数の候補末端基は、例えば、モル質量が異なる複数の封止剤から得られる複数の候補末端基であることとしてもよい。末端基を構成する封止剤のモル質量は、例えば、１７ｇ／ｍоｌ以上、１０００ｇ／ｍоｌ以下であることとしてもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、８００ｇ／ｍоｌ以下であってもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、６００ｇ／ｍоｌ以下であってもよく、１７ｇ／ｍоｌ以上、４００ｇ／ｍоｌ以下であってもよい。また、これらの場合、末端基を構成する封止剤のモル質量は、例えば、１８ｇ／ｍоｌ以上であってもよく、１９ｇ／ｍоｌ以上であってもよい。
【００６１】
次に、主鎖と、複数の候補末端基の少なくとも１種とを含む複数の候補ポリマーを用意する。複数の候補ポリマーの用意においては、候補ポリマーを合成してもよいし、予め合成された候補ポリマーを入手してもよい。
【００６２】
次に、用意された複数の候補ポリマーを含む原料を炭素化して複数の候補炭素材料を調製する。すなわち、異なる候補ポリマーを含む原料を炭素化して、原料に使用した候補ポリマーが異なる複数の候補炭素材料を調製する。
【００６３】
次に、調製された複数の候補炭素材料の水素吸蔵能を評価する。すなわち、複数の候補炭素材料の各々の水素吸蔵能を測定し、比較する。
【００６４】
次に、水素吸蔵能の評価結果に基づき、複数の候補炭素材料から少なくとも１種の候補炭素材料を選択する。すなわち、複数の候補炭素材料から、所望の水素吸蔵能を有する候補炭素材料を選択する。具体的に、例えば、複数の候補炭素材料から、水素吸蔵能が最も高い１種類の候補炭素材料を選択してもよいし、水素吸蔵能が高い２種類以上（ただし、全種類ではない）の候補炭素材料を選択してもよい。
【００６５】
次に、選択された候補炭素材料の調製に使用された候補ポリマーを有機ポリマーとして含む原料を炭素化して、炭素材料を製造する。すなわち、選択された候補炭素材料の調製に使用された候補ポリマーを、所望の水素吸蔵能を達成するために好ましい有機ポリマーとして決定し、実際に、当該有機ポリマーを含む原料を炭素化することにより、炭素材料を製造する。このような方法によれば、所望の水素吸蔵能を有する炭素材料が効率よく製造される。
【００６６】
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
【実施例】
【００６７】
［原料の調製］
有機ポリマーを含有し遷移金属を含有しない原料を炭素化することを含む方法により炭素材料を製造した。有機ポリマーとしては、重合度が４〜１３のポリカルボジイミドからなる主鎖と、モル質量が３０ｇ／ｍоｌ〜４００ｇ／ｍоｌの封止剤から得られる末端基とを有するポリマーを使用した。【００６８】
ポリカルボジイミドとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）又はキシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）の重合体を使用した。【００６９】
末端基を構成する封止剤としては、メタノール（モル質量３２．０４ｇ／ｍоｌ）、フェニルイソシアネート（モル質量１１９．１２ｇ／ｍоｌ）、オクタノール（モル質量１３０．２３ｇ／ｍоｌ）、ドデシルアルコール（モル質量１８６．３４ｇ／ｍоｌ）、オレイルアルコール（モル質量２６８．４８ｇ／ｍоｌ）又はポリエチレングリコールメチルエーテル（モル質量４００．００ｇ／ｍоｌ）を使用した。【００７０】
［実施例１］
四つ口フラスコにナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）２２．４ｇ、カルボジイミド化触媒（３−メチル−１−フェニル−２−ホスホレン−ｌ−オキシド）０．１１ｇ、メタノール１．３７ｇ、及び溶媒としてトルエンを入れ、ジイソシアネートと封止剤（メタノール）との合計濃度が２０重量％になるように調整した。次に、窒素ガス雰囲気下で撹拌しながら、６０℃で１時間反応させ、１００℃で５時間重合し、ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計、島津製作所製）でイソシアネートのピークがなくなったことを確認することにより、ポリカルボジイミドからなる主鎖を含む有機ポリマーを合成した。【００７１】
次いで、得られた有機ポリマー溶液を、テフロン（登録商標）シート上にキャストしてドラフト内で半日乾燥させて溶媒を除去し、次いで、空気流通下のマッフル炉中、８０℃で３時間、及び１２０℃で３時間保持することでさらに溶媒を除去した。その後、この組成物を２００℃で５時間、及び２３０℃で４時間保持することにより硬化処理を行った。こうして得られた硬化物を炭素化の原料として使用した。【００７２】
上述のようにして調製された原料を、窒素流通下の管状炉中、１０℃／分で加熱し、１０００℃で１時間保持することにより炭素化し、炭素材料を得た。【００７３】
［実施例２］
ジイソシアネートとして、ＮＤＩに代えてトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）２３.０ｇを使用し、カルボジイミド化触媒０.１２ｇ及びメタノール１.７ｇを使用し、９時間重合した以外は上述の実施例１と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７４】
［実施例３］
ジイソシアネートとして、ＮＤＩに代えてキシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）２２.７ｇを使用し、溶媒としてトルエンに代えてシクロヘキサノンを使用し、カルボジイミド化触媒０.１２ｇ及びメタノール１.５ｇを使用し、４時間重合した以外は上述の実施例１と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７５】
［実施例４］
ジイソシアネートとして、ＮＤＩに代えてジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）２２.０ｇを使用し、カルボジイミド化触媒０.１２ｇ及びメタノール１.１ｇを使用し、６５℃で４５分反応させ、１００℃で３時間重合した以外は上述の実施例１と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７６】
［実施例５］
ジイソシアネートとして、ＮＤＩに代えてトリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）３２.８ｇを使用し、カルボジイミド化触媒０.１７ｇ及びメタノール１.６ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤（メタノール）との合計濃度を３０重量％とし、６５℃で３０分反応させ、１００℃で４時間３０分重合した以外は上述の実施例１と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７７】
［実施例６］
ジイソシアネートとして、ＮＤＩに代えてトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）４６.４ｇを使用し、カルボジイミド化触媒０.１０ｇを使用し、封止剤としてメタノールに代えてフェニルイソシアネート４.５ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤との合計濃度を４０重量％とし、３時間重合した以外は上述の実施例１と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７８】
［実施例７］
ＴＤＩ３４.４ｇ及びカルボジイミド化触媒０.１９ｇを使用し、封止剤としてフェニルイソシアネートに代えてオクタノール３.７ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤との合計濃度を３０重量％とした以外は上述の実施例６と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００７９】
［実施例８］
ＴＤＩ３０.４ｇ及びカルボジイミド化触媒０.１９ｇを使用し、封止剤としてフェニルイソシアネートに代えてオレイルアルコール６.７ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤との合計濃度を３０重量％とし、６時間重合した以外は上述の実施例６と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００８０】
［実施例９］
ＴＤＩ３２.７ｇ及びカルボジイミド化触媒０.１９ｇを使用し、封止剤としてフェニルイソシアネートに代えてドデシルアルコール５.０ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤との合計濃度を３０重量％とし、６時間重合した以外は上述の実施例６と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００８１】
［実施例１０］
ＴＤＩ２７.４ｇ及びカルボジイミド化触媒０.１８ｇを使用し、封止剤としてフェニルイソシアネートに代えてポリエチレングリコールメチルエーテル（分子量４００）９.０ｇを使用し、ジイソシアネートと封止剤との合計濃度を３０重量％とし、４時間重合した以外は上述の実施例６と同様にして、有機ポリマーの合成及び炭素材料の製造を行った。【００８２】
［比表面積、全細孔容積、全ミクロ孔容積及び全メソ孔容積の測定］
上述のようにして得られた炭素材料について、７７Ｋにて窒素吸脱着測定を行った。すなわち、炭素材料の比表面積、全細孔容積、全ミクロ孔容積及び全メソ孔容積を、自動比表面積・細孔分布測定装置（ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ  ＩＩ、日本ベル株式会社）を用いて測定した。【００８３】
具体的に、まず、０.０５ｇの炭素材料を、４００℃、１Ｐａ以下の圧力で、１２時間保持することにより、当該炭素材料に吸着している水分を取り除いた。次いで、窒素ガスを用いたＢＥＴ法により、炭素材料の比表面積を測定した。また、窒素ガスの最大吸着量から、全細孔容積を算出した。さらに、ＤＲ法によりミクロ孔容積を算出するとともに、ＢＪＨ法によりメソ孔容積を算出した。【００８４】
なお、ＤＲ法は、活性炭のミクロ細孔を調べるために開発された方法で、さまざまなミクロ細孔をもつ試料に使用されている（Dubinin,M.M.  In  Progress  in  Surface  and  Membrane  Science,  9  (D.A.Cadenhead  ed.),  Academic  Press  1975）。また、ＢＪＨ法は、Barrett,  Joyner,  Halendaによって提唱されたメソ孔の分布を求める代表的な方法である（E  P  Barrett,  L  G  Joyner  and  P  P  Halenda,  J  Am  Chem  Soc,  73,  373,  （1951））。【００８５】
［水素吸蔵能の測定］
上述のようにして得られた炭素材料について、ＪＩＳ  Ｈ  ７２０１に従い、２９８Ｋにて、水素圧力０ＭＰａ〜１１．５ＭＰａにおける水素吸蔵量を測定した。すなわち、まず、約１ｇの炭素材料を試料管に装填して、１０Ｐａ以下になるまで真空排気し、２００℃で２時間保持することで前処理を行った。その後、試料管にＨｅガスを導入し、炭素材料の体積を測定した。さらに、３時間以上真空排気することで試験管からＨｅガスを取り除いた。【００８６】
そして、この試験管に水素ガスを導入し、水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら、水素吸蔵量（重量％）を測定し、さらに続いて当該水素圧力を１１．５ＭＰａから０ＭＰａまで減少させながら、当該水素吸蔵量（重量％）を測定した。【００８７】
また、こうして得られた水素圧力１０ＭＰａにおける水素吸蔵量（重量％）を、炭素材料１ｇ当たりの水素吸蔵量（ｇ）に換算し、得られた値を上述のようにして得られた比表面積で除することにより、水素圧力１０ＭＰａにおける単位表面積当たりの水素吸蔵量（ｇ／ｍ２）を算出した。具体的に、水素吸蔵量（重量％）は、炭素材料１ｇ当たりに吸蔵される水素量（ｇ）の割合（重量％）を示したものなので、例えば、比表面積２００ｍ２／ｇで水素吸蔵量が０．２（重量％）の炭素材料の単位表面積当たりの水素吸蔵量（ｇ／ｍ２）は次の式により計算される：（０．２／１００）／２００＝１.０×１０-５（ｇ／ｍ２）。【００８８】
［原子比（Ｎ／Ｃ比）の測定（元素分析法）］
各炭素材料の炭素原子含有量及び窒素原子含有量を、有機微量元素分析装置（２４００ＩＩ、パーキンエルマー株式会社）を用いて、燃焼法により測定した。ヘリウムをキャリアガスとして用い、２ｍｇの炭素材料を、燃焼管温度９８０℃、還元管温度６４０℃の条件で分析した。得られた炭素原子のモル含有量（％）に対する窒素原子のモル含有量（％）の比率をＮ／Ｃ比として算出した。【００８９】
［比較例１］
有機ポリマー及び遷移金属を含有する原料を炭素化することを含む方法により炭素材料を製造した。【００９０】
すなわち、１０ｇのフェノール樹脂に１００ｍＬのアセトンを混合して混合溶液を調製した。さらに、この混合溶液に、３．０５ｇのフタロシアニン鉄を加え、常温下でマグネチックスターラを用いて１時間撹拌した。この混合物に超音波を照射しながらロータリエバポレータを用いて６０℃で溶媒を除去した。こうして有機ポリマー及び遷移金属を含有する原料を得た。【００９１】
次に、原料の炭素化を行った。すなわち、原料を石英管に入れ、楕円面反射型赤外線ゴールドイメージ炉にて、当該石英管に２０分間窒素ガスをパージした。そして、加熱を開始し、ゴールドイメージ炉の温度を、１０℃／分の昇温速度で室温から８００℃まで昇温した。その後、この石英管を８００℃で１時間保持した。こうして原料が炭素化されることにより生成された炭素材料を得た。【００９２】
さらに、炭素材料の粉砕処理を行った。すなわち、遊星ボールミル（Ｐ−７、フリッチュジャパン株式会社）内に１．５ｍｍ径の窒化ケイ素ボールをセットし、炭素化処理により得られた炭素材料を回転速度８００ｒｐｍで６０分間粉砕した。粉砕した炭素材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩で分級した。こうして篩を通過した粉末状の炭素材料を比較材料１として得た。【００９３】
［比較例２］
上述の比較例１で得られた比較材料１に、ＣＯ２賦活処理を施した。すなわち、比較材料１を石英管に入れ、楕円面反射型赤外線ゴールドイメージ炉にて、当該石英管に２０分間ＣＯ２ガスをパージした。そして、加熱を開始し、ゴールドイメージ炉の温度を、５０℃／分の昇温速度で室温から８００℃まで昇温した。その後、この石英管を８００℃で１時間保持した。こうして得られた炭素材料を比較材料２として使用した。【００９４】
［比較例３］
有機ポリマー及び遷移金属を含有する原料を炭素化することを含む方法により炭素材料を製造した。【００９５】
すなわち、１．５ｇのポリアクリロニトリル−ポリメタクリル酸共重合体を２０ｇのジメチルホルムアミドに溶解させた。その後、１．５ｇの塩化コバルト六水和物と１．５ｇの２−メチルイミダゾールとを加え、２時間攪拌して青色溶液を得た。得られた溶液にケッチェンブラック（ＥＣ６００ＪＤ、ライオン株式会社）を３０重量％となるように加え、乳鉢を用いて混合した。こうして有機ポリマー及び遷移金属を含有する原料を得た。【００９６】
次に、原料の不融化処理を行った。すなわち、原料を、強制循環式乾燥機内にセットした。そして、大気中にて、３０分間で室温から１５０℃まで昇温し、続いて２時間かけて１５０℃から２２０℃まで昇温した。その後、原料を２２０℃で３時間保持した。こうして原料を不融化した。【００９７】
そして、原料の炭素化を行った。すなわち、不融化処理した原料を石英管に入れ、楕円面反射型赤外線ゴールドイメージ炉にて、当該石英管に２０分間窒素パージした。そして、加熱を開始し、ゴールドイメージ炉の温度を、１０℃／分の昇温速度で室温から９００℃まで昇温した。その後、この石英管を９００℃で１時間保持した。こうして原料が炭素化されることにより生成された炭素材料を得た。【００９８】
さらに、比較材料１の場合と同様に炭素材料の粉砕処理を行い、粉末状の炭素材料を比較材料３として得た。【００９９】
［比較例４］
上述の比較例３で得られた比較材料３に、上述の比較例２の場合と同様にして、ＣＯ２賦活処理を施した。こうして得られた炭素材料を比較材料４として使用した。【０１００】
［比較例５］
アルカリ賦活された活性炭である多孔質カーボン（マックスソーブ（登録商標）、関西熱化学株式会社製）を比較材料５として使用した。【０１０１】
［比較例６］
賦活された粉末活性炭（クラレコール浄水用ＰＷ、クラレケミカル株式会社製）を比較材料６として使用した。【０１０２】
［比較例７］
カーボンブラック（ＶＵＬＣＡＮ  ＸＣ−７２、キャボットジャパン製）を比較材料７として使用した。【０１０３】
［比較例８］
カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ、ライオン株式会社製）を比較材料８として準備した。【０１０４】
［測定］
そして、これら比較材料１〜８の各々について、上述の実施例１〜１０の場合と同様に、比表面積、全細孔容積、全ミクロ孔容積、全メソ孔容積、Ｎ／Ｃ比及び水素吸蔵能の測定を行った。【０１０５】
［結果］
図１Ａ及び図１Ｂには、それぞれ実施例１〜１０及び比較例１〜８の各材料の原料（ポリマーの主鎖、主鎖の重合度、末端基を構成する封止剤の種類及びモル質量）、水素圧力１０ＭＰａにおける水素吸蔵量、比表面積、全細孔容積、全メソ孔容積、全ミクロ孔容積及びＮ／Ｃ比を示す。【０１０６】
図１Ｂに示すように、比較例１〜８に係る炭素材料の比表面積は、３０１ｍ２／ｇ〜２８７０ｍ２／ｇであった。これに対し、図１Ａに示すように、実施例１〜１０に係る炭素材料の比表面積は、１ｍ２／ｇ〜１６０ｍ２／ｇであった。すなわち、実施例１〜１０に係る炭素材料の比表面積は、比較例１〜８に係る炭素材料のそれより顕著に小さかった。中でも実施例１、２、４〜１０に係る炭素材料の比表面積は、特に顕著に小さかった。【０１０７】
また、比較例１〜８に係る炭素材料の水素圧力１０ＭＰａにおける単位面積当たりの水素吸蔵量は、０．２７×１０−５ｇ／ｍ２〜０．８２×１０−５ｇ／ｍ２であった。これに対し、実施例１〜１０に係る炭素材料の水素圧力１０ＭＰａにおける水素吸蔵量は、１．９４×１０−５ｇ／ｍ２〜１８０×１０−５ｇ／ｍ２であった。すなわち、実施例１〜１０に係る炭素材料の単位面積当たりの水素吸蔵量は、比較例１〜８に係る炭素材料のそれより顕著に大きかった。中でも実施例１、２、４〜１０に係る炭素材料の単位面積当たりの水素吸蔵量は、特に顕著に大きかった。【０１０８】
このように、実施例１〜１０（特に、実施例１、２、４〜１０）に係る炭素材料は、比較例１〜８に係る炭素材料に比べて、コンパクトでありながら、優れた水素吸蔵能を示すことが確認された。【０１０９】
図２Ａ及び図２Ｂには、それぞれ実施例１〜５及び実施例６〜１０に係る炭素材料について、水素圧力を変化させながら水素吸蔵量（重量％）を測定した結果を示す。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、水素圧力を増加させながら測定された水素吸蔵量（図２Ａ及び図２Ｂにおける黒塗り印）は、水素圧力に対して直線的に増加した。【０１１０】
具体的に、水素圧力を０ＭＰａから１１．５ＭＰａまで増加させながら測定された水素吸蔵量の値を最小二乗法で直線近似して得られる相関係数（Ｒ）は、０.９６８〜０.９９９であった。【０１１１】
また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、比較的大きなヒステリシスが確認された。具体的に、水素圧力を増加させながら測定された水素圧力４．０ＭＰａにおける水素吸蔵量（重量％）に対する、当該水素圧力を減少させながら測定された当該水素圧力４．０ＭＰａにおける当該水素吸蔵量（重量％）の比は、１．２〜２．９であった。【０１１２】
図３には、実施例６〜１０に係る炭素材料について、その製造に使用された有機ポリマーの末端基を構成する封止剤のモル質量（ｇ／ｍоｌ）と、炭素材料の水素吸蔵量（重量％）との相関関係を示す。【０１１３】
図３に示すように、炭素材料の水素吸蔵能は、当該炭素材料の製造に使用された有機ポリマーの末端基を構成する封止剤のモル質量に応じて変化した。特に、末端基を構成する封止剤のモル質量が１００ｇ／ｍоｌ〜３００ｇ／ｍоｌの範囲では、当該末端基を構成する封止剤のモル質量が増加するにつれて、炭素材料の水素吸蔵量（重量％）も増加する傾向が確認された。【０１１４】
したがって、炭素化の原料に使用する有機ポリマーの末端基を構成する封止剤の種類やモル質量によって、炭素材料の水素吸蔵能を制御することが可能と考えられた。また、モル質量が異なる複数の封止剤から得られる複数の末端基について、炭素材料の水素吸蔵能を比較し、所望の水素吸蔵能を達成できる末端基を特定することにより、その後、当該特定された末端基を有する有機ポリマーを使用して、当該所望の水素吸蔵能を有する炭素材料を効率よく製造することもできる。【０１１５】
なお、本実施例においては、窒素含有有機ポリマーの主鎖としてポリカルボジイミドを使用したが、本炭素材料が製造されるものであれば他の主鎖を使用してもよい。具体的に、例えば、ポリカルボジイミドは三量体を形成していると推測されるため、これと類似のトリアジン環を有するメラミン樹脂又はグアナミン樹脂からなる主鎖を使用してもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016088715.tif 000009
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