不需模具的多孔質碳製程

 

刊登日期:2015/7/9
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日本金沢大學的研究團隊日前發表無需使用模具的多孔質碳簡單製作方法。相較於將原料倒入模具,碳化後再去除模具的傳統製程(模板法),以自行開發的苯酚性環狀分子聚集化再進行碳化,新方法以低成本為其特色。由於可將孔洞尺寸控制在分子等級,可作為去除微小物質的分子篩網或是超輕量的碳材料等。
 
多孔質碳是一種活性碳,自古以來即應用於脫臭或淨水等用途,自由調整孔的結構一直是研究的主題。目前的主流製程是先將苯酚樹脂倒入無機物模具中,碳化後再去除模具。可是很難將混入的模具完全去除,且製程成本高。
 
金沢大學於 2008年成功地合成柱狀芳香烴 ( Pillar Arene )。看準具有直鏈碳化氫等的製孔性質,最初是進行與高密度聚乙烯混合提升耐熱性的研究,這次則是進行芳香烴的 2D聚合燒結,製作多孔質碳。先將芳香烴溶解於甲醇中,添加超價碘作為氧化劑,再將沈澱物洗淨、乾燥,在惰性氣體環境中以 900℃ 燒結 2小時。製成的材料經結構測試,確認仍維持著燒結前的孔洞。
 
因具有類似柱狀的對稱性結構,可作為稱作「Pillar(n)Arene」的環狀物質原料,與碳原料的苯酚樹脂具有相同的結構,n=5〜15。n=5 時,孔洞的尺寸為 0.4nm,n=15 時,孔洞尺寸為 1.5nm,可做出比模板法更微細的孔洞。
 
此材料除了應用於電極材料外,也可作為只吸附小分子氣體或蒸氣分子的分子篩網。由於具有大量的微細孔洞可使材料輕量化,預期可應用於飛行器或網球拍等用途,今後將再進一步研究模板法難以製作的膜狀材料。 

資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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