[發(fā)明專利]碳材料及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780034830.8
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN109311674B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田路和幸;佐藤義倫;橫山幸司;平野一孝;佐藤良憲
• 申請（專利權(quán)）人: 國立大學(xué)法人東北大學(xué);斯泰拉化工公司
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;C01B32/159;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 北京匯思誠業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11444
• 代理人: 龔敏;王剛

本發(fā)明提供一種在碳納米管等碳材料中維持其特征結(jié)構(gòu)或功能的同時導(dǎo)入有硼原子和/或磷原子的碳材料及其制造方法。本發(fā)明的碳材料是在構(gòu)成碳材料的碳原子的一部分上導(dǎo)入有硼原子和/或磷原子而成的，可以通過碳材料的制造方法而制造，所述碳材料的制造方法包含以下工序：使含有含氟氣體的氟化處理氣體與碳材料接觸，將該碳材料的表面進行氟化處理的工序；相對于所述氟化處理后的碳材料，使含有含硼氣體的硼化處理氣體與其接觸而進行硼化處理，和/或使含有含磷氣體的磷化處理氣體與其接觸而進行磷化處理的工序。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳材料及其制造方法，更詳細而言，涉及一種在碳納米管等的具備由碳原子構(gòu)成的碳骨架的碳材料上導(dǎo)入有硼原子和/或磷原子的碳材料及其制造方法。

背景技術(shù)

單層碳納米管(Single-Walled Carbon Nanotubes：SWCNTs)為僅由進行了sp²雜化的碳原子構(gòu)成的中空圓筒狀的物質(zhì)，由于其高的導(dǎo)電性及優(yōu)異的載體輸送特性，因此期待其對各種各樣的能量設(shè)備或電子設(shè)備的應(yīng)用。近年來，提出了通過對這種單層碳納米管導(dǎo)入硼原子而獲得的提高了導(dǎo)電率或熱導(dǎo)電率的含硼原子的碳納米管。

作為在碳納米管中導(dǎo)入硼原子的方法，可舉出化學(xué)的氣相成長法(CVD法)或電弧放電法。其中，作為前者，在下述專利文獻1中公開有將含碳物質(zhì)和含硼物質(zhì)的混合氣體導(dǎo)入于具有配置于低壓室內(nèi)的催化劑的基材，利用CVD法由該混合氣體在基材上使硼摻雜碳納米管成長的方法。

另外，作為后者，例如在下述專利文獻2中公開有準(zhǔn)備第1及第2碳源。在其中至少任一者的碳源中含有硼源，將含硼的碳源與電弧放電源的負極(陰極)連接，將第2碳源與電弧放電源的正極(陽極)連接，通過在兩者之間施加放電電流，制造含有硼原子的碳納米管的方法。

但是，上述各專利文獻中記載的制造方法是在碳納米管制造時，通過添加硼源而制造含有硼原子的碳納米管的方法。因此，需要控制含有硼原子的碳納米管的尺寸或結(jié)晶結(jié)構(gòu)而制造，必須控制各種制造條件是復(fù)雜的。另外，例如，對于如金屬型碳納米管或半導(dǎo)體型碳納米管那樣，已經(jīng)利用其結(jié)構(gòu)或尺寸而提高了功能性的碳納米管，在維持其功能的同時摻雜硼原子，追加新的功能是困難的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-222494號公報

專利文獻2：日本特表2010-520148號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明是鑒于所述問題點而創(chuàng)建的，其目的在于，提供一種在碳納米管等碳材料上在維持其特征結(jié)構(gòu)或功能的同時導(dǎo)入有硼原子和/或磷原子的碳材料及其制造方法。

用于解決問題的技術(shù)方案

為了解決所述的課題，本發(fā)明的含氮的碳材料的特征在于，在構(gòu)成碳材料的碳原子的一部分上導(dǎo)入有硼原子和/或磷原子。

在所述的構(gòu)成中，在所述碳材料的表面可以存在碳-氟鍵。

另外，在所述的構(gòu)成中，導(dǎo)入所述硼原子和/或磷原子之前的所述碳材料可以是具備由碳原子構(gòu)成的碳骨架、且該碳骨架中的碳原子的一部分被氮原子置換的含氮的碳材料。

進而，在所述的構(gòu)成中，所述氮原子優(yōu)選是選自由吡啶型、吡咯型、石墨型、氧化型及它們的組合構(gòu)成的組中的至少1種。

另外，在所述的構(gòu)成中，導(dǎo)入所述硼原子和/或磷原子之前的所述碳材料可以是在其表面鍵合有氨基的含氮的碳材料。

進而，在所述的構(gòu)成中，所述氨基優(yōu)選是選自由無取代氨基、一取代氨基及二取代氨基構(gòu)成的組中的至少1種。