規則性メソ多孔性炭素およびその製造方法
本発明は、界面活性剤、炭素前駆体、水（場合により、酸と混合）および水非混和性油からできた規則性メソ多孔性炭素および規則性メソ多孔性炭素の製造方法に関する。また、本発明は、規則性メソ多孔性炭素を製造するのに用いる組成物を処方する方法に関する。さらに、本発明は、規則性メソ多孔性炭素を部分的に酸化することにより形成される活性炭に関する。
【発明の詳細な説明】
【先願米国出願の利益の主張】
【０００１】
本出願は、米国特許仮出願第６０／８７６，２７４号明細書（２００６年１２月２１日出願）および第６０／９２５，９９７号明細書（２００７年４月２４日出願）の利益を主張する。これらの文献の内容は、ここに参考文献として援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、界面活性剤／炭素前駆体−水／油系を用いることによる規則性メソ多孔性炭素の形成に関し、位相領域、メソ多孔性構造、メソ細孔サイズおよび得られるメソ多孔性炭素材料のマクロスケールモルホロジーについて制御および柔軟性を高めるものである。一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、部分的に酸化されて、例えば、触媒を分散および安定化することのできる活性炭を形成する。
【背景技術】
【０００３】
規則性メソ多孔性炭素の合成は、様々な用途に用いられるため、近年、かなりの調査対象となっている。例えば、規則性メソ多孔性炭素は、水／空気清浄、ガス分離、触媒作用、大きな疎水性分子の吸着、クロマトグラフ分離、容量脱イオン化、電子化学二重層キャパシタおよび水素貯蔵に関連する用途に用いることができる。
【０００４】
規則性メソ多孔性炭素（組み込まれた３次元（３−Ｄ）規則／相互接続細孔構成を有する）は、２つの合成技術のいずれか１つを用いて作製することができる。第１の技術では、無機シリカテンプレートを準備し、シリカテンプレートを炭素前駆体で含浸し、含浸したシリカテンプレートを乾燥し、含浸したシリカテンプレートを架橋し、架橋したシリカテンプレートを炭化することにより、シリカテンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残して、規則性メソ多孔性炭素を作製する。例えば、シリカテンプレートは、ＭＣＭ−４８、ＳＢＡ−１５およびＳＢＡ−１６等の異なる構造を有しており、それぞれ、ＣＭＫ−１，６、ＣＭＫ−３，７およびＣＭＫ−６，８と呼ばれる炭素レプリカを作製するのに用いることができる。得られる炭素構造は、親シリカテンプレートを通して予めプログラムされているにも関わらず、この合成技術は依然として時間がかかり、コストが高い。
【０００５】
最近最も注目されている第２の合成技術には、有機テンプレートを含む有機−有機組成物の使用が含まれる。この合成技術の第１のやり方では、有機テンプレートを自己組織化し、有機テンプレートを炭素前駆体で含浸し、含浸した有機テンプレートを乾燥し、含浸した有機テンプレートを架橋し、架橋した有機テンプレートを炭化することにより、有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残すことにより、規則性メソ多孔性炭素を作製する（注：有機テンプレートの自己組織化の含浸は、同時に実施されるため、一製造工程と考えられる）。この特定の技術では、無機テンプレートの使用が排除され、それ自体で、製造工程の数が減じる。合成技術の第２のやり方では、有機テンプレートおよび炭素前駆体を混合し、沈殿物が形成されるまで、水に富んだ環境においてそれらを反応することにより、規則性メソ多孔性炭素粉末を作製する。次に、架橋工程なしで、粉末を炭化し、有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残す（注：炭素前駆体とのテンプレートの自己組織化により、沈殿物が形成される。これは粉末合成においてのみ用いることができる）。さらに、第２の合成技術のこれらのやり方は両方共、有機−有機系を用いるため、規則性メソ多孔性炭素内に形成される細孔の相配位を制御するのに関して、より柔軟である。規則性メソ多孔性炭素の製造のための第２の合成技術に関連する改善が、本発明の対象である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明は、界面活性剤、水および炭素前駆体溶液および水非混和性油（および、場合により、水と混合される酸）から形成される規則性メソ多孔性炭素を提供する。一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と、所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を含有する溶液（任意：水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）を混合する工程と、（ｂ）溶液を乾燥する工程と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化して、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程とを用いて製造される（自己組織化有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を形成する）。工程（ａ）において混合される所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水（および、場合により酸）および油を決めるのを補助するために、（１）周知の界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、（３）界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液（および、場合により、水と混合される酸）および油を推定する工程とを含む処方方法を用いることができる。
【０００７】
他の態様において、本発明は、規則性メソ多孔性炭素を部分的に酸化することにより形成される活性炭を提供する。一実施形態において、活性炭は、（ａ）溶媒と所定量の非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（任意：溶液は、カリウム化合物、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウムを含有していてもよい、または水は、酸、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）を含有する溶液を混合し、（ｂ）溶液を乾燥し、（ｃ）水を固定化し、予め炭化されたメソ構造相を形成する溶液を架橋し、（ｄ）予め炭化したメソ構造相を炭化して、自己組織化界面活性剤テンプレートをそこから除去して、規則性メソ多孔性炭素を形成し、（ｅ）表面と、規則性メソ多孔性炭素の表面で開いたチャネル細孔内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程を用いることにより、製造することができる。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、一部分において、詳細な説明、図面および特許請求の範囲に規定されており、一部分において、詳細な説明から得られるか、または本発明の実施により分かる。前述の概要の説明および以下の詳細な説明の両方共に、あくまでも例示ならびに説明を目的とするものであり、開示された本発明を限定するものではない。
【０００９】
添付の図面と共に、以下の詳細な説明を参照することにより、本発明をより完全に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明による規則性メソ多孔性炭素を製造する好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図１Ｂ】本発明による規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いることのできる所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を決めるのに好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図２Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフ、画像および図である。
【図２Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図２Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図２Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図３】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図４Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図４Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図５Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図５Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図６Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図６Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｅ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｆ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｇ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｈ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図８】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１０Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる図である。
【図１０Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１１】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる図である。
【図１２Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１４Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図１４Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図１５Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１５Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１６】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１７】本発明の他の実施形態により、活性炭を製造する（規則性メソ多孔性炭素を用いて）好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図１８Ａ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１８Ｂ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１９Ａ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１９Ｂ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図２０】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図２１】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられる画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、界面活性剤、水および炭素前駆体溶液および水非混和性油から形成された規則性メソ多孔性炭素を含む（注：水成分は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を任意で含有していてもよい）。水非混和性油の添加によって、組成物が２相から３相系に膨張し、特定のメソ構造が安定した界面活性剤／水および炭素前駆体組成物の範囲も広がる。油相の添加によってまた、細孔容積および細孔直径等のメソ構造内の物理特性を調整するのにも役立つ。
【００１２】
一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と、所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を含有する溶液を混合する工程（図１Ａの工程１０２ａ）（任意：水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）と、（ｂ）溶液を乾燥する工程（図１Ａの工程１０４ａ）と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化して、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程（図１Ａの工程１０６ａ）と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（自己組織化有機テンプレートを溶解して規則性メソ多孔性炭素を形成する）（図１Ａの工程１０８ａ）とを含む製造方法１００ａを用いて製造される。この方法１００ａは、蒸発を誘導する濃度の界面活性剤／水および炭素前駆体／油相を用いて、例えば、薄膜、コーティング、自立膜または粉末を作製するのに用いることのできる規則性メソ構造を形成する。
【００１３】
本発明の他の態様において、周知の界面活性剤／水／油三成分系平衡相図を用いて、所望の規則性メソ多孔性炭素を作製するのに混合できる界面活性剤／炭素前駆体−水／油の組成／処方を推定する補助とすることができることを見出した。このように、混合して、規則性メソ多孔性炭素を製造することのできる界面活性剤／炭素前駆体−水／油の処方／組成を決めるための方法１００ｂに関する本発明の他の実施形態がある。処方方法１００ｂには、（１）界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程（図１Ｂの工程１０２ｂ）と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程（図１Ｂの工程１０４ｂ）と、（３）界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を推定する工程（図１Ｂの工程１０６ｂ）とを含む。界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油のこの特定の処方は、製造方法１００ａの混合工程１０２ａで用いるものである（図１Ａ参照）。次に、詳細な記載により、方法１００ａおよび１００ｂの個々の工程をさらに説明し、製造方法１００ａおよび処方方法１００ｂの有用性を確認するために実施された、いくつかの実験をさらに説明する。
【００１４】
特に、規則性メソ多孔性炭素を、１）非イオン性界面活性剤、２）水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および３）油（共力剤）の高濃度前駆体溶液から形成し、乾燥および架橋して、界面活性剤系自己組織体を形成し、炭素前駆体が、メソ構造相を安定化する（工程１０８、１１０および１１２）。形成されたメソ構造相を、炭化により、規則性メソ多孔性炭素へ変形し、界面活性剤系の自己組織化有機テンプレートを除去する（工程１１４）。前駆体溶液は、界面活性剤、炭素前駆体−水および油を含む３成分を有し、具体的な容積比は、周知の文書化された界面活性剤／水／油平衡相図に基づくのが好ましく、これは、本発明の一実施形態により、界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図とすべく改定されている。
【００１５】
界面活性剤、炭素前駆体−水および油の容積比を決めるために、周知の文書化された界面活性剤／水／油平衡系相図を選択し、水相ラベルを、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏラベルと交換して、「新」界面活性剤／前駆体−水／油平衡相図を形成する（注１：リオトロピック液晶を非イオン性界面活性剤から作製することについての知識を用いて、界面活性剤／水／油平衡系相図を選択する補助とする）（注２：「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡系相図相図自体は、炭素前駆体および純粋な水からの水溶液の異なる親水性のために完全に正確でなく、経験により、相境界を推定して、所望の規則性メソ多孔性炭素を得る）。次に、「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図を、指針として用いて、所望の規則性メソ多孔性炭素を作製するのに用いる３成分の容積比を決める。「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図を、指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体−水および油を、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか決めることに関連する利点がいくつかある。これらの利点としては、（例えば、）（１）３Ｄ立方体（Ｉｍ３ｍ、Ｐｍ３ｍ空間群）、２Ｄ六方形（Ｐ６ｍｍ）、３Ｄ六方形（Ｐ６３／ｍｍｃ）またはラメラ等の特別な相を選択できること、（２）界面活性剤位相領域の制御が向上すること、（３）細孔サイズの制御が向上すること、および（４）マクロスケールモルホロジーの制御が向上することが挙げられる。本発明をどのように実施するかの一例を次に述べる。
【００１６】
図２Ａ（従来技術）に、２５℃でのＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１９、ｙ＝４３）／Ｈ２Ｏ／ｐ−キシレン三成分系についての周知の平衡相図を示す。この図には、異なるｗｔ％の三成分ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１９、ｙ＝４３）、Ｈ２Ｏおよびｐ−キシレンを用いることにより得られる様々な相が示されている（注：ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘは、界面活性剤であり、ｐ−キシレンは油である）。相境界は、実線で描かれており、Ｉ１、Ｈ１、Ｖ１、Ｌα、Ｖ２、Ｈ２およびＩ２は、通常の（水中油型）ミセル立方体、通常の六角形、通常のバイコンティニュアス立方体、ラメラ、逆（油中水型）バイコンティニュアス立方体、逆六角形および逆ミセル立方体リオトロピック液晶相をそれぞれ表し、Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、水に富んだ（通常のミセル）および水の乏しい／油に富んだ（逆ミセル）溶液のことを指す。図に、規則性メソ多孔性炭素となる異なる相配向のいくつかを例示してある。
【００１７】
図２Ｂ−２Ｄ（従来技術）に、３つの異なるＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１０６、ｙ＝７０、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（登録商標）Ｆ１２７としても知られている）／Ｈ２Ｏ／油三成分系についての周知の平衡相図を示す。これらの図から、油成分をｐ−キシレンから酢酸ブチル、ブタノールまで変える相配向で生じることが分かる。Ｉ１、Ｈ１、Ｌα、Ｈ２、Ｌ１およびＬ２は、通常の（水中油型）ミセル立方体、通常の六角形、ラメラ、逆六方形、水に富んだ（通常のミセル）および水の乏しい／油に富んだ（逆ミセル）溶液のことを指す。これらの相図および他の種類の相図は周知であり、文献から容易に得られる（例えば、Ｐ．Ａｌｅｘａｎｄｒｉｄｉｓら、「Ａ Ｒｅｃｏｒｄ Ｎｉｎｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｈａｓｅｓ（Ｆｏｕｒ Ｃｕｂｉｃ，Ｔｗｏ Ｈｅｘａｇｏｎａｌ，ａｎｄ Ｏｎｅ Ｌａｍｅｌｌａｒ Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｍｉｃｅｌｌａｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、Ｔｅｒｎａｒｙ Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｎ Ａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｏｌｖｅｎｔｓ（Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｏｉｌ）」Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９９８，１４，２６２７−２６３８を参照のこと）。
【００１８】
上述したとおり、本発明の規則性メソ多孔性炭素を合成するには、炭素前駆体系組成物を、周知の界面活性剤／水／油相図により処方できる。これを行うには、周知の界面活性剤／水／油相図の水相を、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液と交換する（注：水重量％は、炭素前駆体＋水重量％に相当するものとして用いる。次に、「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図を用いて、（１）非イオン性界面活性剤、（２）水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および（３）油組成物の処方を補助する。
【００１９】
図３に、本発明による異なる規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いた組成物を処方するために、様々な実験に用いた「新」平衡相図を示す。この例示の「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図において、界面活性剤は、ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１０６、ｙ＝７０、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７としても知られている）であり、炭素前駆体は、フェノール樹脂であり、油はブタノールである（注：「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図は、図２Ｄに示す周知の界面活性剤／水／油平衡系相図に基づく）。点は、点１、２、７、９、１３、１５、１６、１８−１９、２０、２１、２２および２５−２６が、２Ｄ六角形相（Ｈ１）で試験した処方を表し、点３、４、１０、１１、１２、１４、２３および２７は、立方体相（Ｉ１）で試験した処方を表し、点５、６、２２、２４および２８は、六角形とラメラ（Ｈ１とＬα）間の相で試験した処方を表す。表１に、予測した相／配向（「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図）および得られた規則性メソ多孔性炭素の実際の相／配向と共に、これらの特定の処方についての様々な詳細を示す。
【表１】
【００２０】
これらの実験において、低角度Ｘ線回折（ＸＲＤ）を、特定の初期形態として用いて、表１に示した特定の処方を用いて作製された構造の相を分析および確認した。ＸＲＤデータから、調べた全ての試料は、「新」相図により予測された相を示した。ただし、規則性を示さなかった試料番号２４、２５および１３、２Ｄ六角形の規則性を示した試料番号２８、立方体構造を示した試料番号５、６および２２は除く。これらの結果によれば、必要な規則性メソ多孔性炭素構造について組成物を生成するのに「新」相図を指針として用いることができるが、予測した相配向を有する構造となる組成物を必ずしも与えない、ということが示唆されている。しかしながら、「新」相図により決めた組成を用いることにより、より系統だった制御されたやり方で、当該の領域／相配向を厳密に計画することができる。これらの試料組成物から選んだものを、詳細に試験した。走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）、細孔径分布（ＰＶＤ）および透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）を含む試験結果について次に述べる。
【００２１】
図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、試料番号２（六角形配列）および試料番号３（立方体配列）に関連したＸＲＤデータを示す２つのグラフである。見て分かるとおり、試料番号２は、９６Åで集中した良好に分解された（１００）ピークを有しており、それぞれ１．７°および２．４°のツー・シータで、ｄ（１１０）〜５２およびｄ（２１０）〜３７Åの２つの高次ピークがある。試料番号３は、９１Åで良好に分解された（１１０）ピークを有しており、ｄ（２００）〜６４．７およびｄ（２１０）〜５３Åで２つの高次ピークがある。このデータは、図３に示す「新」相図を用いて予測されたものと一致している。
【００２２】
図５Ａおよび５Ｂに、それぞれ、試料番号６に関連するＸＲＤグラフおよびＴＥＭ画像を示す。表１に示すとおり、試料番号６は、図３に示す「新」相図に基づく六角形とラメラ相間で予測された配列を有していた。しかしながら、試験試料番号６は、９４Åで良好に分解された（１１０）ピークを有しており、ｄ（２００）〜６８Åおよびｄ（２１０）〜５５Åの２つの高次ピークがあり、立方体配列を示している。ＴＥＭ画像によれば、試料番号６は立方体配列を示していなかったことが確認された。ここでも、規則性メソ多孔性炭素構造を作製する組成物を処方するのに「新」相図を指針として用いることができるが、予測した相配向を有する構造となる組成物を必ずしも与えない。
【００２３】
図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、試料番号２および試料番号６の例示のＳＥＭを示す。見て分かるとおり、試料番号２のＳＥＭは、細孔径４．５の良好に分解された２Ｄ六角形構造を示し、試料番号６のＳＥＭは立方体配列を示した（試料番号６に関連した図５Ａおよび５Ｂも参照のこと）。
【００２４】
図７Ａ−７Ｈは、試料番号２、７、２０および８（９００℃で処理した）に関連したＴＥＭ画像を示す。見て分かるとおり、試料番号２は、１−Ｄチャネル［（１１０）面］（図７ＡのＴＥＭ参照）および［（００１）面］に六角形構成の細孔構造を備えた、予測および試験した六角形配列を有していた（図７Ｂの断面ＴＥＭ参照）。この格子面間隔（ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）および細孔径は、それぞれ、〜９１Åおよび〜４５Åと推定され、試料番号２のＸＲＤグラフに示された格子面間隔と良好に適合した（図４Ａ参照）。試料番号７は、予測され試験された六角形配列を有していた（図７Ｃ−７ＤのＴＥＭ参照）。さらに、試料番号２０は、予測した配列はラメラであったが、試験したところ六角形配列であった（図７Ｅ−７ＦのＴＥＭ参照）。最後に、試料番号８は、予測され試験された立方体配列を有していた（図７Ｇ−７ＨのＴＥＭ参照）。
【００２５】
以下の記載は、試料番号１−２８を作製し、試験するのに関連する材料および工程をより詳細に説明するものである。また、以下の記載は、規則性メソ多孔性炭素を後に部分的に酸化すると、例えば、触媒が分散および安定化する活性炭を形成する、本発明の特徴を説明するものである。
【００２６】
材料
試料番号１−２８を、界面活性剤（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、炭素前駆体（フェノール樹脂）および油（ブタノール）により作製した。特に、用いた非イオン性界面活性剤は、ｘ＝１０６およびｙ＝７０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、ｘ＝１２７およびｙ＝５０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１０８）のＢＡＳＦ Ｉｎｃ．製ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーであった。用いた炭素前駆体は、５１０Ｄ５０フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ）であり、２つの異なる分子量（ＭＷ）種（ＧＰＣデータ、Ｍｎ〜２８００、１０６０）であった（注：５１０Ｄ５０フェノール樹脂はさらには精製しなかった）。炭素前駆体とＨ２Ｏの混合物は、架橋段階で、６５％のフェノール樹脂および３５％のＨ２Ｏを含有していた。用いた油／共力剤は、ブタノールとｐ−キシレンであった。
【００２７】
合成
典型的な合成において、ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー（例えば、３．７ｇの「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（ｘ＝１０６、ｙ＝７０）を、無水エタノール（エタノール２０ｍｌ中１８％Ｆ１２７）に添加し、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが、エタノール中で部分的または完全に溶融するまで、熱を加えて攪拌した。次に、計算量の脱イオン水（１．４ｍｌ）を混合物に添加したところ、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解した。数分間攪拌する際、フェノール樹脂（５１０Ｄ５０フェノール樹脂３．０ｍｌ）を混合物に徐々に添加した後、激しく攪拌した。フェノール樹脂を添加すると、溶液が濁った。次に、ブタノール（１．５ｍｌ）を混合物に添加した後、攪拌した。最後に、計算量の１．６Ｎ ＨＣｌ（０．６ｍｌ）を混合物に添加して、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解し、ミセル形成を補助した。得られた溶液を、室温で２０−３０分間攪拌し、乾燥および架橋工程でるつぼに注いだ。
【００２８】
乾燥および架橋：
Ｆ１２７トリブロックコポリマーの自己組織化の条件を最適化するために、５つの異なる処理条件（ａ−ｅ）のうち１つを用いて空気中で乾燥を実施した。乾燥および架橋は、次のようにして乾燥を実施した。
【００２９】
ａ）乾燥：試料番号１−５をデシケータに保持し、５０℃−９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、室温（ＲＴ）まで５℃／分で冷却した。架橋を行うために、試料番号１−５をデシケータに保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【表２】
【００３０】
ｂ）乾燥：試料番号１−５をオーブンに保持し、５０℃−９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、ＲＴまで５℃／分で冷却した。架橋：試料番号１−５をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３１】
ｃ）乾燥：試料番号１−２８をオーブンに９０℃で１２ｈ保持した。架橋：試料番号１−２８をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３２】
ｄ）乾燥：試料番号１−２８をフード（ふたなし）保持して１２ｈ乾燥した。架橋：試料番号１−２８をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３３】
ｅ）乾燥：試料番号１−５をフード（ふたを閉めて）保持して５日間乾燥した。架橋：試料番号１−５をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３４】
試料番号１−２８の乾燥により、粘性の明るいオレンジ色の液体が得られ、架橋サイクルにより、暗いオレンジ−褐色の膜が形成された。架橋膜の厚さは〜１−２ｍｍ、直径は４−１４ｃｍであった。注：必要であれば、溶液番号１−２８（および他の溶液）を、ディップコーティング、スピンコーティングまたは鋳造等により基材の上部にコーティングとして適用してから、それらを架橋して、ナノメートル〜１ｍｍの厚さのフィルムを形成することができる。
【００３５】
炭化：
得られた暗いオレンジ−褐色の膜を、４００℃まで、温度１．７℃／分の傾斜で上げ、それらをその温度に３ｈ浸漬して、炭化温度８００°−９００℃まで、温度を１℃／分の傾斜で上げ、その温度で３ｈ浸漬することにより、窒素雰囲気中で炭化した（図８に、試料番号２のＦ１２７界面活性剤テンプレートが３８６℃で分解したのを示す）。この特定の炭化プロセスにより、光沢のある黒色炭素が得られた。図８に、試料番号２に関連する熱重量分析（ＴＧＡ）、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）および示差熱分析（ＤＴＧ）データも示す。
【００３６】
炭素活性（任意）：
５００−１０００℃の後炭化下での化学または物理、例えば、ＣＯ２ガスまたは蒸気の使用を含む炭素活性化工程を実施して、よりマイクロ細孔（＜２ｎｍ）を規則性メソ多孔性炭素に導入することができ、メソ細孔（２−５０ｎｍ）およびマクロ細孔（＜２ｎｍ）の両方が形成された規則性メソ多孔性炭素が得られる（注：この工程は、活性炭に関してより詳細に述べてある）。
【００３７】
乾燥工程の分析：
上述したとおり、試料番号１−２８を、乾燥プロセスａ−ｅにより蒸発した。図９Ａ−９Ｃに、試料番号２についての細孔特性対異なる処理条件ａ−ｅのプロットを示す。実験データによれば、ＸＲＤ格子面間隔およびＢａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）方法において、細孔サイズは、乾燥プロセスａ−ｅから独立している（図９Ａ参照）。実験データは、細孔径に関連していたが、ＢＪＨ表面積およびＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積は、乾燥プロセスａ−ｅからはやや独立を示していた（図９Ｂ−９Ｃ参照）。見て分かるとおり、乾燥プロセスｃ、ｄおよびｅは、表面積および細孔容積を増大するという点では好ましいと思われるが、乾燥プロセスａおよびｂはこれより低い値を与えると思われる。従って、乾燥プロセスｃおよびｄを用いて多くの試料を作製した。
【００３８】
エタノール溶媒（必須ではない）：
自己組織化プロセス（架橋プロセス）のための溶媒としてエタノールの使用を、異なる量のエタノール、例えば、エタノール２０、５および０ｍｌにより実験を行うことにより試験した。３つの全ての実験において、望ましい規則性メソ多孔性炭素を、試料番号２から得た。プロセス条件ｄは、界面活性剤の自己組織化のための特定の条件下でエタノールは必要なかったことを示していた。これは、有機溶媒（例えば、エタノール）が好ましい溶媒でない工業用途において有利である。
【００３９】
油相：
油（ブタノール）は、Ｆ１２７ ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ界面活性剤系内のＰＰＯブロック用の膨潤剤として作用する。従って、用いる油（ブタノール）の量は、形成されたミセルの膨潤を制御するのを補助することができ、また、得られる規則性メソ多孔性炭素の細孔サイズおよび細孔メソ構造の制御も補助する（図１０Ａ参照）。ブタノールの役割をよく理解するために、２つの異なる実験を行った。第１の実験において、ブタノールを、２Ｄ六角形構造を有する試料番号２から除去した（表１および３参照）。試料番号２からのブタノールの除去により、立方体相内にある試料番号１１または１２に関連した位置に組成が動く（図１０Ｂ参照）。試料番号１１−１２の両組成において、Ｆ１２７界面活性剤対フェノール樹脂：水の重量比は同じに保った。表３に、これらの組成物の処方を示す。
【表３】
【００４０】
ブタノールの役割は、第２の実験によっても確認された。第２の実験において、熱脱離−ガスクロマトグラフィー／質量分析法（ＴＤ−ＧＣ／ＭＳ）を用いて、乾燥プロセスｃおよびｄに関連する蒸発工程後のブタノールの存在を確かめた。ある組の試料番号２を、９０℃で１８ｈ蒸発し、他の組の試料番号２をＲＴで１８ｈ蒸発した。次に、２５℃で熱脱離した試料番号２およびオフガスの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）をＧＣＭＳにより分析して、各乾燥プロセスｃおよびｄでブタノール含量を求めた。ブタノールは、両組の試料番号２で検出された。９０℃の組の試料番号２から放出されたブタノールのピーク面積（ピーク面積カウント８１５、１５４）は、室温の組の試料番号２から放出されたブタノール（ピーク面積カウント１、１９８、７２４）に比べ、僅かに小さかった。これは、蒸発工程を９０℃およびＲＴで実施した後、ブタノールが存在していることを示唆している。各組の試料のブタノール量を表４に示す。
【表４】
【００４１】
炭素前駆体（フェノール樹脂）対水比：
水重量％は、周知および「新」相図を用いると、炭素前駆体＋水重量％と等価と考えられるため、炭素前駆体：水溶液間の異なる比を調べることに関係すると思われる。従って、炭素前駆体：水比約９：１、３：２、２：３および１：４を、特定の重量％で変えることにより、いくつかの異なる試料番号２１−２６および２８を作製した。表５に、この特定の実験についての主要データを示す。
【表５】
【００４２】
見て分かるとおり、２Ｄ六角形相からの試料番号２１−２２および２５−２６の処方組は、〜５６−５８％および５２−５３％でそれぞれ保持された樹脂＋水ｗｔ％を有しており、その樹脂／水重量比は変化した。ＸＲＤデータによれば、３：２の比を用いると、試料番号２１は、２Ｄ六角形相を保持するが、試料番号２２について比を９：１に変更すると、相は立方体に変化することが分かる。さらに、ＸＲＤデータによれば、３：２の比を用いると、試料番号２６は２Ｄ六角形相を保持するが、試料番号２５について、比を１：４に変更すると、相は無秩序になったのが分かった。
【００４３】
Ｈ２Ｏの役割：
水は、典型的に、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ（例えば、「Ｐｌｕｒｏｉｎｃｓ」Ｆ１２７）系内のＰＥＯブロックと相互作用し、炭素前駆体を含有する相を膨潤する（図１１参照）（注１：水は、界面活性剤の量の約０．２倍とすることのできる計算量の酸を含有していてもよい）（注２：酸はミセル形成を補助する）。従って、水が、界面活性剤テンプレートの自己組織化において重要な役割を果たす場合、架橋材料または得られる炭素の格子面間隔を変えなければならない。図１２Ａ−１２Ｂに、フェノール樹脂：水比が１：４の試料番号１について、架橋後の格子面間隔および炭化後の格子面間隔を示すＸＲＤデータをそれぞれ示す。図１２Ｃ−１２Ｄに、フェノール樹脂：水比が３：２の試料番号２について、架橋後の格子面間隔および炭化後の格子面間隔を示すＸＲＤデータをそれぞれ示す。見て分かるとおり、ＸＲＤデータには、試料番号１および２について架橋段階か、炭化段階のいずれかの格子面間隔において大きな変化がないことが示されており、この段階での水の役割はあまり明白でないことが示唆されている。
【００４４】
エージング
試料２について、溶液のエージングも調べた。得られたデータによれば、特定の処方が、ｔ＝０で特定の相配向を有していた場合には、その溶液のエージング（４週間まで）は構造に影響しなかった。
【００４５】
炭素前駆体のエージング：
フェノール樹脂の貯蔵寿命および炭素前駆体溶液のエージングの影響も調べた。Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ ５１０Ｄ５０フェノール樹脂は、典型的に、４℃に保つと、６カ月の貯蔵寿命を有する。この実験において、同じ処方を有する５つの組成物Ａ−Ｅを調製して、２Ｄ六角形相を形成した。ただし、４℃または−２０℃のいずれかに保たれた、いくつかの組成物は、１０カ月経過したフェノール樹脂（樹脂−古）を用い、いくつかの組成物は、３カ月経過したフェノール樹脂（樹脂−新）を用いた。新たな組成物は全て、図１３Ａに示すとおり、２Ｄ六角形のオーダーを有していた。このグラフにおいて、−２０℃に保たれたＤ−Ｅフェノール樹脂による組成物は、貯蔵寿命にかかわらず、高次のピークを有していた。さらに、−２０℃に保たれた新しいフェノール樹脂は、非常に集中したｄ（１００）バンドを有していた。組成物Ａ−Ｅを、２週間（図１３Ｂ参照）および４週間（１３Ｃ参照）エージングした後、架橋および炭化した。これらのグラフを比べると、ツー・シータが、＋／−０．０５度変化し、＋／−８Å、ｄ（１００）に影響したが、半値全幅（ＦＷＨＭ）は最少の変化であり、このことは、これらの組成物のエージング（４週間まで）が、得られる構造に影響しなかったことを示していた。表６Ａ−６Ｃは、それぞれ図１３Ａ−１３Ｃに関連する凡例である。
【表６】
【００４６】
代替組成物：
上述した組成物は全て、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（界面活性剤）、フェノール樹脂／Ｈ２Ｏ（炭素前駆体／Ｈ２Ｏ）およびブタノール（油）を含んでいた。代替組成物は、異なる材料で用いて、得られる規則性メソ多孔性炭素の構造を変えることができる。例えば、これらの代替組成物は、以下の任意の組み合わせを用いることができる。（１）非イオン性界面活性剤（例えば、ｘ、ｙ値の異なるＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー、例えば、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｐ１２３ｘ＝２０，ｙ＝７０、Ｆ１０８ｘ＝１２７，ｙ＝５０、Ｆ１２７ｘ＝１０６，ｙ＝７０、Ｆ８８ｘ＝１０４，ｙ＝３９）、（２）水溶性炭素前駆体（例えば、フェノール樹脂、熱硬化性炭水化物、ポリビニルアルコール、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、ペプチド両親媒性物質、脂質またはその他生物学的発生材料）、および（３）油（例えば、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタン、ｐ−キシレン、メシチレン、ヘキサデカン、酢酸ブチル）。一例として、Ｆ１０８／フェノール樹脂／Ｈ２Ｏ／ブタノール系を用いて、それぞれ図１４Ａおよび１４Ｂに示すＳＥＭおよびＴＥＭ画像により見られるような立方体配列を合成した。
【００４７】
細孔径および細孔容積分布（ＰＶＤ）：
窒素吸着／脱着等温線の測定を実施することにより、異なる乾燥条件ａ−ｅを用いて作製した試料番号２の多孔性構造を調べた。表７にこの特定の実験結果をまとめてある。
【表７】
【００４８】
等温の吸着分岐を用いて、それをＢＪＨおよびＢｂＢ−ＦＨＨモデルの両方に適合することにより、８００℃で炭化した試料の細孔径を推定した（欄６、７および８参照）。ＢｂＢ−ＦＨＨモデルから得られた細孔径は、図７Ａ−７Ｂに示すＴＥＭデータを用いることにより計算された細孔径と非常によく適合した。試料番号２に関連する吸着分岐等温について計算したＢＪＨおよびＢｂＢ−ＦＨＨモデルを用いて得られた、窒素吸着および脱着等温線および細孔サイズ分布を図１５Ａおよび１５Ｂに示す。
【００４９】
図８に戻ると、ＴＧＡデータは、試料番号２のＦ１２７界面活性剤テンプレートは、４００℃未満の温度で分解し、熱硬化性フェノール樹脂は炭素質細孔壁として残ったことが示されている。得られた規則性メソ多孔性炭素は、メソ細孔（直径２−５０ｎｍ）とマイクロ細孔（直径＜２ｎｍ）の両方を含む５５０−８００ｍ２／ｇの高ＢＥＴ表面積を有していた。フェノール樹脂の分解からのガスの生成のためにマイクロ細孔容積が４００℃の後増大し得えること、異なる温度で作製された規則性メソ多孔性炭素の表面積を特定する実験を行った後に、この仮定が確認されたものと考えられた。また、マイクロ細孔容積の増大は、図１６に示すグラフの吸着分岐を用いて得られた（ＢＪＨモデルにより）細孔サイズ分布から分かる。
【００５０】
前述より、当然のことながら、本発明の一態様は、界面活性剤相と水＋炭素前駆体相と共に油相を含む処方から規則性メソ多孔性炭素を形成する方法に関する。この方法は、界面活性剤相と水＋炭素前駆体相のみを用いる方法に比べて、メソ構造相に近づき、物理特性（例えば、細孔容積、細孔径）を制御するのにより大きな能力を与える。製造方法１００ａには、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と所望量の界面活性剤、炭素前駆体および水と油を含有する溶液を混合する工程と、（ｂ）溶液を乾燥する工程と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化し、予備炭化したメソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（自己組織化有機テンプレートを溶解して規則性メソ多孔性炭素を形成する）とを含む。この方法１００ａは、蒸発を誘導する濃度の界面活性剤／水および炭素前駆体／油相を用いて、規則性メソ構造を形成することができ、薄膜、コーティング、自立膜または粉末を作製するのに用いることができる。
【００５１】
同様に当然のことながら、本発明の他の態様は、規則性メソ多孔性炭素の製造に用いることのできる組成物を処方する方法１００ｂにも関する。この処方方法１００ｂには、（１）界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体＋水相ラベルに交換する工程と、（３）界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図を指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体／水および油を、所望の規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか推定する工程とを含む。界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油のこの特定の処方は、製造方法１００ａの混合工程１０２ａにおいて用いるものである。さらに、本発明は、いくつかの他の特徴および利点を有しており、そのうちいくつかを以下に挙げる。
【００５２】
・本発明により作製された規則性メソ多孔性炭素は、均一な細孔、メソ細孔径（２−５０ｎｍ）、高表面積、大きな細孔容積および機械的強度を有している。これらの属性は、組成、溶媒、湿度、促進された架橋条件（水相を固定化するのに用いる）、ｐＨ、炭化条件等の様々なプロセス変数を調節することにより制御することができる。
【００５３】
・規則性メソ多孔性炭素の形成に用いるのに好ましい組成物は、界面活性剤、炭素前駆体／Ｈ２Ｏおよび油（または共力剤）を含む。この特性の組成物をさらに操作すると、膨潤剤の添加により、かつ／または油の変更により異なる細孔径の炭素を得ることができる（注：規則性メソ多孔性炭素の粉末形態で細孔サイズを増大するのに必要な場合には、メシチレン（１，３，５−トリメチルベンゼン、ＴＭＢ）等の有機種を用いることができる）。
【００５４】
・上述した架橋条件は、予備炭化メソ構造相を安定化するための主要因である炭素前駆体の熱硬化を行うものである。しかしながら、予備炭化メソ構造相の安定化の補助に用いることもできる溶媒および湿度が他の変数である。
【００５５】
・本明細書に記載した好ましい組成物は、吸着、分離、電気化学二重層キャパシタ、触媒作用、重金属封鎖等に関連した用途に用いることのできるモノリス、コーティングまたは粉末の形態を有する規則性メソ多孔性炭素の形成に用いることができる。
【００５６】
・本明細書に記載した規則性メソ多孔性炭素の製造によって、無機テンプレートの使用が避けられ、構造形成を、より柔軟に制御でき、作製工程が減じ、無機テンプレートを製造するコストが減じ、無機テンプレートをエッチングするために強塩基（またはＨＦ）を用いる必要性が排除される。これは望ましいことである。
【００５７】
・本発明の製造プロセスでは、予備重合炭素前駆体を用いることができ、その結果、予備炭化構造を形成するための炭素前駆体の架橋／熱硬化中の収縮が少なくなる。
【００５８】
・規則性メソ多孔性炭素の表面は、必要であれば、化学官能性とし、後炭化工程において、静電気を用いることにより帯電することができる。
【００５９】
本発明のさらに他の態様において、規則性メソ多孔性炭素を部分的に酸化して、例えば、触媒を分散して安定化できる活性炭を形成することができる。また、この活性炭は、ガス状または溶解した種の効率的な吸着／吸収剤であり、ろ過用途に用いることができ、必要であれば、このろ過を、触媒の安定化と組み合わせて実施することができる。さらに、この活性炭は、８００ｍ２／ｇを超えるＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を有し、＜２０Åおよび２０−５００Åのマイクロおよびメソ多孔性の組み合わせを有し、それぞれ、１−２ｗｔ％を超える濃度で、触媒の高分散を可能にする。本発明により、合成された規則性メソ多孔性炭素からの活性炭の作製の仕方について、詳細を図１７−２１に関して以下に説明する。
【００６０】
図１７を参照すると、本発明により、活性炭を製造する方法１７００の様々な工程を示すフローチャートがある。方法１７００には、（ａ）溶媒と所望量の非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（共力剤）を含有する溶液混合する工程（工程１７０２）（任意：溶液は、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウム等カリウム化合物を含有していてもよい、または水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）、（ｂ）溶液を乾燥する工程（工程１７０４）と、（ｃ）溶液を架橋して水を固定化し、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程（工程１７０６）と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（この工程は、＞７００℃の温度で酸素に乏しい雰囲気で実施して、表面積を制御し、自己組織化有機テンプレートを溶解することができる）（工程１７０８）と、（ｅ）表面と、規則性メソ多孔性炭素の表面で開いたチャネル／細孔内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程（規則性メソ多孔性炭素は、フィルムとすることができるか、または部分的に酸化しながら、基材上に担持することができる）（工程１７１０）。活性炭は、例えば、フィルタ、膜または触媒担持（触媒を分散し、安定化することのできる）をはじめとする様々な用途に用いることができる。
【００６１】
活性炭（合成炭素源材料から作製された）は、従来の活性炭に比べ著しく改善されている。製造方法１７００によって、活性種または触媒のイオン交換を可能とする細孔／チャネルの内周端部を含む活性部位を有する表面が無傷のチャネルの配列を備えた構造化炭素が得られるからである。また、製造方法１７００には、自己組織化構造の使用が含まれ、活性炭に存在する多孔性および表面積を制御することが可能となる。これらの特徴を制御するには、周知の界面活性剤／水／油相図を選択し、その図を、所望の表面積および所望のサイズおよび形状の細孔を備えた活性炭を作製するのに必要とされる所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を推定するために、指針として用いる「新」界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図へと変換する（上述の処方方法１００ｂを参照のこと）。
【００６２】
図１８−２１を参照すると、本発明の一実施形態に従って、製造方法１７００により作製した活性炭を試験するために実施された、いくつかの実験の結果を説明する補助に用いられる様々な図、グラフおよび画像がある。表８に、部分的に酸化して、例示の活性炭を形成した２つの規則性メソ多孔性炭素を製造するのに用いた２つの処方を示す（注：２つの処方は、表１について上述した試料番号２および５に対応している）。
【表８】
【００６３】
以下の説明は、例示の活性炭を製造し試験するのに関連した材料および工程を詳細に説明するものである（注：この記載は、（部分酸化工程１７１０を除き）試料番号１−２８について上述したものと非常に似ているが、活性炭の製造および試験の記載を補助するために繰り返しておく）。
【００６４】
材料
試料番号２−５を、界面活性剤（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、炭素前駆体（フェノール樹脂）および油（ブタノール）により作製した。特に、用いた非イオン性界面活性剤は、ｘ＝１０６およびｙ＝７０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」）Ｆ１２７）のＢＡＳＦ Ｉｎｃ．製ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーであった。用いた炭素前駆体は、５１０Ｄ５０フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ）であった。用いた油／共力剤は、ブタノールであった。
【００６５】
合成（工程１７０２）
ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー（例えば、３．７ｇの「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（ｘ＝１０６、ｙ＝７０）を、無水エタノール（エタノール２０ｍｌ中１８％Ｆ１２７）に添加し、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが、エタノール中で部分的に溶融するまで、熱を加えて攪拌した。次に、計算量の脱イオン水（１．４ｍｌ）を混合物に添加したところ、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが溶解した。数分間攪拌した後、フェノール樹脂（５１０Ｄ５０フェノール樹脂３．０ｍｌ）を混合物に徐々に添加した後、激しく攪拌した。フェノール樹脂を添加すると、溶液が濁った。次に、ブタノール（１．５ｍｌ）を混合物に添加した後、攪拌した。最後に、計算量の１．６Ｎ ＨＣｌ（０．６ｍｌ）を混合物に添加して、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解した。得られた溶液を、室温で２０−３０分間攪拌し、乾燥および架橋工程でるつぼに注いだ。
【００６６】
乾燥および架橋：（工程１７０４および１７０６）
Ｆ１２７トリブロックコポリマーの自己組織化の条件を最適化するのを補助するために、設計された処理条件を用いて乾燥および架橋を実施した。特に、乾燥は、試料番号２−５をデシケータに入れ、５０℃から９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、それらを室温（ＲＴ）まで５℃／分で冷却した。その後、試料番号２および５をデシケータに入れ、上述の表２について記載した加熱サイクルに従って加熱することにより架橋した。
【００６７】
試料番号２および５の乾燥により、粘性の明るいオレンジ色の液体が形成され、架橋により、暗いオレンジ−褐色の膜が形成された。架橋膜の厚さは〜１−２ｍｍ、直径は４−１４ｃｍであった。注：必要であれば、溶液番号２および５（および他の溶液）を、ディップコーティング、スピンコーティングまたは鋳造等により基材の上部にコーティングとして適用してから、それらを架橋して、ナノメートル〜１ｍｍの範囲の厚さのフィルムを形成することができる。
【００６８】
炭化（工程１７０８）：
得られた暗いオレンジ−褐色の膜を、４００℃に達するまで、温度１．７℃／分の傾斜で上げ、それらを４００℃で３ｈ保持して、界面活性剤を除去した後、８００°の温度まで、温度を再び１℃／分の傾斜で上げ、その温度で３ｈ浸漬することにより、窒素雰囲気中で炭化した。この特定の炭化プロセスにより、光沢のある黒色炭素が得られた。図４Ａに、製造プロセス１７００のこの特定の点での試料番号２の光沢のある黒色の規則性メソ多孔性炭素に関連した低角Ｘ線回折（ＸＲＤ）グラフを示す。見て分かるとおり、試料番号２は、９６Åで集中した良好に分解された（１００）ピークを有しており、それぞれ１．７°および２．４°のツー・シータで、ｄ（１１０）〜５２Åおよびｄ（２１０）〜３７Åの２つの高次ピークがある。このデータは、図３の「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図を用いて予測されたものと一致している。
【００６９】
部分酸化（工程１７１０）：
試料番号２および５の炭化膜（規則性メソ多孔性炭素）を、５Ｍの濃硝酸に分散し、部分的に酸化して、活性炭を形成した。この部分酸化工程１７１０の結果、活性炭の表面ｐＨが≧７ｐｈ〜＜４ｐｈまで減少した。これにより、正味の負の電荷が表面およびチャネル／細孔の内周端部に生成され、これは、活性炭の表面で開いて、塩基溶液中、カチオン種、例えば、Ｐｔ（ＮＨ３）４２＋を交換するのに特に好適である。試料番号２に関連するいくつかの活性炭を詳細に試験し、低角Ｘ線回折（ＸＲＤ）グラフ、広角ＸＲＤグラフおよび透過電子顕微鏡（ＴＥＭ)を含む結果について、図１８−２１により、次に述べる。
【００７０】
図１８Ａ−１８Ｂを参照すると、２つのＰｔ−交換活性炭（試料番号２）を試験した後に得られた２つの低角（０．５−５°）ＸＲＤグラフが示されている。特に、図１８Ａに、Ｐｔを交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で３０分レドックス活性化を行った第１の活性炭（試料番号２）から得られた低角ＸＲＤデータを示す。そして、図１８Ｂに、Ｐｔを交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で６０分レドックス活性化を行った第２の活性炭（試料番号２）から得られた低角ＸＲＤデータを示す。Ｐｔ交換および低角でのバックグラウンドが極めて高いため、最も集中した（１００）ピークしか図１８Ａおよび１８Ｂにおいては見られない（非活性規則性メソ多孔性炭素（試料番号２）が、２Ｄ六角形構造（ｐ６ｍ空間群）を有するように見える図４Ａと比べる。（１００）、（１１０）および（２１０）反射とされた１：√３：√７の格子面間隔のためである）。
【００７１】
図１９Ａ−１９Ｂを参照すると、２つのＰｔ−交換活性炭（試料番号２）を試験した後に得られた２つの広角（５−７０°）ＸＲＤグラフが示されている。特に、図１９Ａに、Ｐｔ（Ｐｔ２＋溶液濃度は、０．１−０．０５Ｍであった）を交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で３０分レドックス活性化を行った第１の活性炭（試料番号２）から得られた広角ＸＲＤデータを示す。そして、図１９Ｂに、Ｐｔ（Ｐｔ２＋溶液濃度は、０．０５Ｍであった）を交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で６０分レドックス活性化を行った第２の活性炭（試料番号２）から得られた広角ＸＲＤデータを示す。これらのグラフにおける垂直線は、対応のツー・シータ値（Å）およびミラー指数（ｈｋｌ）に対応するＰｔ／ピークバンドを示している。
【００７２】
図２０を参照すると、炭素自己組織化構造が、硝酸中でレドックス活性化を行った後のイオン交換プロセスに与え得る影響を示すグラフがある。グラフは、六角形チャネル構造（２Ｄ−六角形、直径４ｎｍのチャネル）を有する活性炭２００２が、立方体構造または無秩序な活性炭２００６を有する活性炭２００４（試料番号５）より、活性化およびイオン交換され易かったことを示している。また、グラフには、数時間のレドックス活性化後、２Ｄ−六角形活性炭２００２（試料番号２）は、立方体構造炭素２００４（試料番号５）より、２倍より多い量のＰｔ、無秩序な活性炭２００６により交換されたＰｔの量の３０倍より多くのものを交換したことが示されている。図２１は、レドックス活性（６％Ｈ２／Ｎ２フォーミングガス中、６０℃／時の傾斜で、５００℃まで上げ、この温度に３時間保持する）のＴＥＭおよびＰｔ交換活性炭２００２（試料番号２）である。ＴＥＭによれば、Ｐｔ結晶子（直径〜２−４Åのダークスポット）が活性炭２００２中六角形のチャネルに沿って並んでいること（注：Ｐｔ交換部位は、チャネル長に並行または並行に見え、交換されたＰｔイオンはこの次元に沿って並んでいること）が示されている。
【００７３】
他の部分酸化（工程１７１０）：
部分酸化工程１７１０はまた、硝酸とは異なる酸化剤を含有するレドックス溶液による化学プロセスを用いて実施することもできる。例えば、部分酸化工程１７１０は、過酸化水素、過酸化物含有化合物、酸化ハロゲン化化合物、鉱酸および／またはリン酸を含有するレドックス溶液による化学プロセスを用いて実施することができる。また、温度制御されたアルカリ溶液、例えば、ＮａＯＨを、部分酸化工程１７１０中、用いると、規則性メソ多孔性炭素の活性化ばかりでなく、規則性メソ多孔性炭素の表面積を増大するのにも役立つ。あるいは、部分酸化工程１７１０は、不活性雰囲気中、蒸気、二酸化炭素、酸素、あるいはこれらおよび／または他のガス状種による熱プロセスを用いることにより実施することができる。いずれの場合も、部分酸化工程１７１０を実施して、表面積に影響を与え、マイクロ細孔（＜２ｎｍ）を導入する、かつ／または得られる活性炭のメソ細孔（２−５０ｎｍ）のサイズを制御することができる。
【００７４】
代替初期組成物
非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（共力剤）の初期の組成物は、カリウム化合物（表８の注２参照）をさらに含むことができる。カリウム化合物の添加は、マイクロおよびまたはメソ多孔性を増大し、かつ、炭化後、炭素表面のイン・サイチュの活性となる（すなわち、部分酸化工程１７１０を実施する必要がない）ため、有利である。カリウム化合物としては、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウムを挙げることができる。
【００７５】
カリウム化合物は、１％を超える、好ましくは２％から５０％、より好ましくは２％−２５％のレベルで炭素前駆体に存在できる。さらに、カリウム化合物の比率は、水相に含めなければならず、処理工程１７０４および１７０６中、界面活性剤の組織化を妨げないよう、カリウム化合物の濃度は十分に希釈すべきである。生成物が、工程１７０８で炭化された後、典型的には、温水で洗浄して、残渣のカリウム化合物を除去する。洗浄水のｐＨが中性になるまで、洗浄を続ける。このプロセスによって、得られる活性炭の多孔性が得られ、高表面積の活性炭を作製するための追加の活性化／部分酸化工程１７１０の必要性が排除される。
【００７６】
イオン交換および触媒
上述したとおり、本発明の活性炭は、塩基溶液中、カチオン種、例えば、Ｐｔ（ＮＨ３）４２＋を交換するのに特に好適である（図１８−２１参照）。新たな活性炭は、以下をはじめとする多くのやり方（例えば）で触媒作用をおよぼすことにも着目する。
【００７７】
１．金属触媒を、カチオンイオン交換を用いて、新たな活性炭に導入することができる。金属触媒は、アルカリ、アルカリ土類、遷移および／または貴金属とすることができる。より好ましいのは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃａ、Ｙまたはこれらの組み合わせ等の触媒金属である。実際、新たな活性炭の構造によって、これらの金属のより高重量パーセントのイオン交換が可能となり、結果として、従来の活性炭に比べると、小触媒ナノ粒子の極めて高い分散が得られる。
【００７８】
２．新たな活性炭は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、貴金属または遷移金属をはじめとする触媒前駆体のイオン交換を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００７９】
３．新たな活性炭は、塩化白金酸アンモニウム（例えば）を用いると、化学吸着により触媒作用をおよぼすことができる。
【００８０】
４．新たな活性炭は、前駆体の溶解度、表面電荷および表面電荷密度に影響する塩基および酸等のｐＨ制御剤を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００８１】
５．新たな活性炭は、硝酸テトラアミン白金（ＩＩ）を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００８２】
６．新たな活性炭は、アニオン交換を用いることにより触媒作用をおよぼして、Ｓ、Ｐ、リン酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩およびその他アニオンを表面に形成することができる。
【００８３】
７．新たな活性炭は、カチオンまたはアニオン遷移金属またはその他塩を制御された、適合するｐＨで用いることにより触媒作用をおよぼして、イオン交換化学吸着をして、Ｓ、Ｐ、リン酸塩、硫酸塩およびホウ酸塩を表面に形成することができる。
【００８４】
代替処理工程
以下は、本発明に従って、規則性メソ多孔性炭素または活性炭を作製するのに実施することのできるいくつかの異なる例示の処理工程の一覧である。
【００８５】
１．規則性炭素架橋樹脂前駆体を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、不活性ガス中および／またはＳ、Ｎ、Ｃまたはその他ガスを含有する活性ガスで処理すると、＞６００ｍ２／ｇの高表面積の部分酸化メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８６】
２．規則性炭素架橋樹脂前駆体を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、窒素中で処理すると、メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８７】
３．規則性メソ多孔性炭素を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、酸化または部分酸化雰囲気中で直接処理すると、高表面積メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８８】
４．メソ多孔性炭素は、酸化剤、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４またはその他酸、例えば、ＣＨ３ＣＯＯＨ、または塩基、例えば、ＮＨ４ＯＨ、フェニルアミン、またはその他元素により、＜１１０℃で、＞１５分化学的に活性化することができる。
【００８９】
本発明の多数の実施形態を、添付の図面に図示し、上述の詳細な説明に記載してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲により規定および定義される本発明の精神から逸脱することなく、数多くの再構成、修正および代替が可能である。
【先願米国出願の利益の主張】
【０００１】
本出願は、米国特許仮出願第６０／８７６，２７４号明細書（２００６年１２月２１日出願）および第６０／９２５，９９７号明細書（２００７年４月２４日出願）の利益を主張する。これらの文献の内容は、ここに参考文献として援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、界面活性剤／炭素前駆体−水／油系を用いることによる規則性メソ多孔性炭素の形成に関し、位相領域、メソ多孔性構造、メソ細孔サイズおよび得られるメソ多孔性炭素材料のマクロスケールモルホロジーについて制御および柔軟性を高めるものである。一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、部分的に酸化されて、例えば、触媒を分散および安定化することのできる活性炭を形成する。
【背景技術】
【０００３】
規則性メソ多孔性炭素の合成は、様々な用途に用いられるため、近年、かなりの調査対象となっている。例えば、規則性メソ多孔性炭素は、水／空気清浄、ガス分離、触媒作用、大きな疎水性分子の吸着、クロマトグラフ分離、容量脱イオン化、電子化学二重層キャパシタおよび水素貯蔵に関連する用途に用いることができる。
【０００４】
規則性メソ多孔性炭素（組み込まれた３次元（３−Ｄ）規則／相互接続細孔構成を有する）は、２つの合成技術のいずれか１つを用いて作製することができる。第１の技術では、無機シリカテンプレートを準備し、シリカテンプレートを炭素前駆体で含浸し、含浸したシリカテンプレートを乾燥し、含浸したシリカテンプレートを架橋し、架橋したシリカテンプレートを炭化することにより、シリカテンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残して、規則性メソ多孔性炭素を作製する。例えば、シリカテンプレートは、ＭＣＭ−４８、ＳＢＡ−１５およびＳＢＡ−１６等の異なる構造を有しており、それぞれ、ＣＭＫ−１，６、ＣＭＫ−３，７およびＣＭＫ−６，８と呼ばれる炭素レプリカを作製するのに用いることができる。得られる炭素構造は、親シリカテンプレートを通して予めプログラムされているにも関わらず、この合成技術は依然として時間がかかり、コストが高い。
【０００５】
最近最も注目されている第２の合成技術には、有機テンプレートを含む有機−有機組成物の使用が含まれる。この合成技術の第１のやり方では、有機テンプレートを自己組織化し、有機テンプレートを炭素前駆体で含浸し、含浸した有機テンプレートを乾燥し、含浸した有機テンプレートを架橋し、架橋した有機テンプレートを炭化することにより、有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残すことにより、規則性メソ多孔性炭素を作製する（注：有機テンプレートの自己組織化の含浸は、同時に実施されるため、一製造工程と考えられる）。この特定の技術では、無機テンプレートの使用が排除され、それ自体で、製造工程の数が減じる。合成技術の第２のやり方では、有機テンプレートおよび炭素前駆体を混合し、沈殿物が形成されるまで、水に富んだ環境においてそれらを反応することにより、規則性メソ多孔性炭素粉末を作製する。次に、架橋工程なしで、粉末を炭化し、有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を残す（注：炭素前駆体とのテンプレートの自己組織化により、沈殿物が形成される。これは粉末合成においてのみ用いることができる）。さらに、第２の合成技術のこれらのやり方は両方共、有機−有機系を用いるため、規則性メソ多孔性炭素内に形成される細孔の相配位を制御するのに関して、より柔軟である。規則性メソ多孔性炭素の製造のための第２の合成技術に関連する改善が、本発明の対象である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明は、界面活性剤、水および炭素前駆体溶液および水非混和性油（および、場合により、水と混合される酸）から形成される規則性メソ多孔性炭素を提供する。一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と、所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を含有する溶液（任意：水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）を混合する工程と、（ｂ）溶液を乾燥する工程と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化して、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程とを用いて製造される（自己組織化有機テンプレートを溶解して、規則性メソ多孔性炭素を形成する）。工程（ａ）において混合される所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水（および、場合により酸）および油を決めるのを補助するために、（１）周知の界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、（３）界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液（および、場合により、水と混合される酸）および油を推定する工程とを含む処方方法を用いることができる。
【０００７】
他の態様において、本発明は、規則性メソ多孔性炭素を部分的に酸化することにより形成される活性炭を提供する。一実施形態において、活性炭は、（ａ）溶媒と所定量の非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（任意：溶液は、カリウム化合物、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウムを含有していてもよい、または水は、酸、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）を含有する溶液を混合し、（ｂ）溶液を乾燥し、（ｃ）水を固定化し、予め炭化されたメソ構造相を形成する溶液を架橋し、（ｄ）予め炭化したメソ構造相を炭化して、自己組織化界面活性剤テンプレートをそこから除去して、規則性メソ多孔性炭素を形成し、（ｅ）表面と、規則性メソ多孔性炭素の表面で開いたチャネル細孔内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程を用いることにより、製造することができる。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、一部分において、詳細な説明、図面および特許請求の範囲に規定されており、一部分において、詳細な説明から得られるか、または本発明の実施により分かる。前述の概要の説明および以下の詳細な説明の両方共に、あくまでも例示ならびに説明を目的とするものであり、開示された本発明を限定するものではない。
【０００９】
添付の図面と共に、以下の詳細な説明を参照することにより、本発明をより完全に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明による規則性メソ多孔性炭素を製造する好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図１Ｂ】本発明による規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いることのできる所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を決めるのに好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図２Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフ、画像および図である。
【図２Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図２Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図２Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図３】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図４Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図４Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図５Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図５Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図６Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図６Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｅ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｆ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｇ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図７Ｈ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図８】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図９Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１０Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる図である。
【図１０Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１１】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる図である。
【図１２Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１２Ｄ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１３Ｃ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１４Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図１４Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられる画像である。
【図１５Ａ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１５Ｂ】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１６】本発明により、図１Ａ−１Ｂに示す方法を用いて形成された規則性メソ多孔性炭素を試験するために実施された実験の結果を説明する補助として用いられるグラフである。
【図１７】本発明の他の実施形態により、活性炭を製造する（規則性メソ多孔性炭素を用いて）好ましい方法の工程を示すフローチャートである。
【図１８Ａ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１８Ｂ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１９Ａ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図１９Ｂ】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図２０】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられるグラフである。
【図２１】本発明の他の実施形態により、図１７に示す方法を用いて形成された活性炭を試験するために実施された実験結果を説明するのを支援するのに用いられる画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、界面活性剤、水および炭素前駆体溶液および水非混和性油から形成された規則性メソ多孔性炭素を含む（注：水成分は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を任意で含有していてもよい）。水非混和性油の添加によって、組成物が２相から３相系に膨張し、特定のメソ構造が安定した界面活性剤／水および炭素前駆体組成物の範囲も広がる。油相の添加によってまた、細孔容積および細孔直径等のメソ構造内の物理特性を調整するのにも役立つ。
【００１２】
一実施形態において、規則性メソ多孔性炭素は、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と、所望量の界面活性剤、炭素前駆体、水および油を含有する溶液を混合する工程（図１Ａの工程１０２ａ）（任意：水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）と、（ｂ）溶液を乾燥する工程（図１Ａの工程１０４ａ）と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化して、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程（図１Ａの工程１０６ａ）と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（自己組織化有機テンプレートを溶解して規則性メソ多孔性炭素を形成する）（図１Ａの工程１０８ａ）とを含む製造方法１００ａを用いて製造される。この方法１００ａは、蒸発を誘導する濃度の界面活性剤／水および炭素前駆体／油相を用いて、例えば、薄膜、コーティング、自立膜または粉末を作製するのに用いることのできる規則性メソ構造を形成する。
【００１３】
本発明の他の態様において、周知の界面活性剤／水／油三成分系平衡相図を用いて、所望の規則性メソ多孔性炭素を作製するのに混合できる界面活性剤／炭素前駆体−水／油の組成／処方を推定する補助とすることができることを見出した。このように、混合して、規則性メソ多孔性炭素を製造することのできる界面活性剤／炭素前駆体−水／油の処方／組成を決めるための方法１００ｂに関する本発明の他の実施形態がある。処方方法１００ｂには、（１）界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程（図１Ｂの工程１０２ｂ）と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程（図１Ｂの工程１０４ｂ）と、（３）界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を推定する工程（図１Ｂの工程１０６ｂ）とを含む。界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油のこの特定の処方は、製造方法１００ａの混合工程１０２ａで用いるものである（図１Ａ参照）。次に、詳細な記載により、方法１００ａおよび１００ｂの個々の工程をさらに説明し、製造方法１００ａおよび処方方法１００ｂの有用性を確認するために実施された、いくつかの実験をさらに説明する。
【００１４】
特に、規則性メソ多孔性炭素を、１）非イオン性界面活性剤、２）水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および３）油（共力剤）の高濃度前駆体溶液から形成し、乾燥および架橋して、界面活性剤系自己組織体を形成し、炭素前駆体が、メソ構造相を安定化する（工程１０８、１１０および１１２）。形成されたメソ構造相を、炭化により、規則性メソ多孔性炭素へ変形し、界面活性剤系の自己組織化有機テンプレートを除去する（工程１１４）。前駆体溶液は、界面活性剤、炭素前駆体−水および油を含む３成分を有し、具体的な容積比は、周知の文書化された界面活性剤／水／油平衡相図に基づくのが好ましく、これは、本発明の一実施形態により、界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図とすべく改定されている。
【００１５】
界面活性剤、炭素前駆体−水および油の容積比を決めるために、周知の文書化された界面活性剤／水／油平衡系相図を選択し、水相ラベルを、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏラベルと交換して、「新」界面活性剤／前駆体−水／油平衡相図を形成する（注１：リオトロピック液晶を非イオン性界面活性剤から作製することについての知識を用いて、界面活性剤／水／油平衡系相図を選択する補助とする）（注２：「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡系相図相図自体は、炭素前駆体および純粋な水からの水溶液の異なる親水性のために完全に正確でなく、経験により、相境界を推定して、所望の規則性メソ多孔性炭素を得る）。次に、「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図を、指針として用いて、所望の規則性メソ多孔性炭素を作製するのに用いる３成分の容積比を決める。「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図を、指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体−水および油を、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか決めることに関連する利点がいくつかある。これらの利点としては、（例えば、）（１）３Ｄ立方体（Ｉｍ３ｍ、Ｐｍ３ｍ空間群）、２Ｄ六方形（Ｐ６ｍｍ）、３Ｄ六方形（Ｐ６３／ｍｍｃ）またはラメラ等の特別な相を選択できること、（２）界面活性剤位相領域の制御が向上すること、（３）細孔サイズの制御が向上すること、および（４）マクロスケールモルホロジーの制御が向上することが挙げられる。本発明をどのように実施するかの一例を次に述べる。
【００１６】
図２Ａ（従来技術）に、２５℃でのＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１９、ｙ＝４３）／Ｈ２Ｏ／ｐ−キシレン三成分系についての周知の平衡相図を示す。この図には、異なるｗｔ％の三成分ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１９、ｙ＝４３）、Ｈ２Ｏおよびｐ−キシレンを用いることにより得られる様々な相が示されている（注：ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘは、界面活性剤であり、ｐ−キシレンは油である）。相境界は、実線で描かれており、Ｉ１、Ｈ１、Ｖ１、Ｌα、Ｖ２、Ｈ２およびＩ２は、通常の（水中油型）ミセル立方体、通常の六角形、通常のバイコンティニュアス立方体、ラメラ、逆（油中水型）バイコンティニュアス立方体、逆六角形および逆ミセル立方体リオトロピック液晶相をそれぞれ表し、Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、水に富んだ（通常のミセル）および水の乏しい／油に富んだ（逆ミセル）溶液のことを指す。図に、規則性メソ多孔性炭素となる異なる相配向のいくつかを例示してある。
【００１７】
図２Ｂ−２Ｄ（従来技術）に、３つの異なるＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１０６、ｙ＝７０、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（登録商標）Ｆ１２７としても知られている）／Ｈ２Ｏ／油三成分系についての周知の平衡相図を示す。これらの図から、油成分をｐ−キシレンから酢酸ブチル、ブタノールまで変える相配向で生じることが分かる。Ｉ１、Ｈ１、Ｌα、Ｈ２、Ｌ１およびＬ２は、通常の（水中油型）ミセル立方体、通常の六角形、ラメラ、逆六方形、水に富んだ（通常のミセル）および水の乏しい／油に富んだ（逆ミセル）溶液のことを指す。これらの相図および他の種類の相図は周知であり、文献から容易に得られる（例えば、Ｐ．Ａｌｅｘａｎｄｒｉｄｉｓら、「Ａ Ｒｅｃｏｒｄ Ｎｉｎｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｈａｓｅｓ（Ｆｏｕｒ Ｃｕｂｉｃ，Ｔｗｏ Ｈｅｘａｇｏｎａｌ，ａｎｄ Ｏｎｅ Ｌａｍｅｌｌａｒ Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｍｉｃｅｌｌａｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、Ｔｅｒｎａｒｙ Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｎ Ａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｏｌｖｅｎｔｓ（Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｏｉｌ）」Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９９８，１４，２６２７−２６３８を参照のこと）。
【００１８】
上述したとおり、本発明の規則性メソ多孔性炭素を合成するには、炭素前駆体系組成物を、周知の界面活性剤／水／油相図により処方できる。これを行うには、周知の界面活性剤／水／油相図の水相を、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液と交換する（注：水重量％は、炭素前駆体＋水重量％に相当するものとして用いる。次に、「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図を用いて、（１）非イオン性界面活性剤、（２）水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および（３）油組成物の処方を補助する。
【００１９】
図３に、本発明による異なる規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いた組成物を処方するために、様々な実験に用いた「新」平衡相図を示す。この例示の「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図において、界面活性剤は、ＰＥＯｘ−ＰＰＯｙ−ＰＥＯｘ（ｘ＝１０６、ｙ＝７０、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７としても知られている）であり、炭素前駆体は、フェノール樹脂であり、油はブタノールである（注：「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油相図は、図２Ｄに示す周知の界面活性剤／水／油平衡系相図に基づく）。点は、点１、２、７、９、１３、１５、１６、１８−１９、２０、２１、２２および２５−２６が、２Ｄ六角形相（Ｈ１）で試験した処方を表し、点３、４、１０、１１、１２、１４、２３および２７は、立方体相（Ｉ１）で試験した処方を表し、点５、６、２２、２４および２８は、六角形とラメラ（Ｈ１とＬα）間の相で試験した処方を表す。表１に、予測した相／配向（「新」界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図）および得られた規則性メソ多孔性炭素の実際の相／配向と共に、これらの特定の処方についての様々な詳細を示す。
【表１】
【００２０】
これらの実験において、低角度Ｘ線回折（ＸＲＤ）を、特定の初期形態として用いて、表１に示した特定の処方を用いて作製された構造の相を分析および確認した。ＸＲＤデータから、調べた全ての試料は、「新」相図により予測された相を示した。ただし、規則性を示さなかった試料番号２４、２５および１３、２Ｄ六角形の規則性を示した試料番号２８、立方体構造を示した試料番号５、６および２２は除く。これらの結果によれば、必要な規則性メソ多孔性炭素構造について組成物を生成するのに「新」相図を指針として用いることができるが、予測した相配向を有する構造となる組成物を必ずしも与えない、ということが示唆されている。しかしながら、「新」相図により決めた組成を用いることにより、より系統だった制御されたやり方で、当該の領域／相配向を厳密に計画することができる。これらの試料組成物から選んだものを、詳細に試験した。走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）、細孔径分布（ＰＶＤ）および透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）を含む試験結果について次に述べる。
【００２１】
図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、試料番号２（六角形配列）および試料番号３（立方体配列）に関連したＸＲＤデータを示す２つのグラフである。見て分かるとおり、試料番号２は、９６Åで集中した良好に分解された（１００）ピークを有しており、それぞれ１．７°および２．４°のツー・シータで、ｄ（１１０）〜５２およびｄ（２１０）〜３７Åの２つの高次ピークがある。試料番号３は、９１Åで良好に分解された（１１０）ピークを有しており、ｄ（２００）〜６４．７およびｄ（２１０）〜５３Åで２つの高次ピークがある。このデータは、図３に示す「新」相図を用いて予測されたものと一致している。
【００２２】
図５Ａおよび５Ｂに、それぞれ、試料番号６に関連するＸＲＤグラフおよびＴＥＭ画像を示す。表１に示すとおり、試料番号６は、図３に示す「新」相図に基づく六角形とラメラ相間で予測された配列を有していた。しかしながら、試験試料番号６は、９４Åで良好に分解された（１１０）ピークを有しており、ｄ（２００）〜６８Åおよびｄ（２１０）〜５５Åの２つの高次ピークがあり、立方体配列を示している。ＴＥＭ画像によれば、試料番号６は立方体配列を示していなかったことが確認された。ここでも、規則性メソ多孔性炭素構造を作製する組成物を処方するのに「新」相図を指針として用いることができるが、予測した相配向を有する構造となる組成物を必ずしも与えない。
【００２３】
図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、試料番号２および試料番号６の例示のＳＥＭを示す。見て分かるとおり、試料番号２のＳＥＭは、細孔径４．５の良好に分解された２Ｄ六角形構造を示し、試料番号６のＳＥＭは立方体配列を示した（試料番号６に関連した図５Ａおよび５Ｂも参照のこと）。
【００２４】
図７Ａ−７Ｈは、試料番号２、７、２０および８（９００℃で処理した）に関連したＴＥＭ画像を示す。見て分かるとおり、試料番号２は、１−Ｄチャネル［（１１０）面］（図７ＡのＴＥＭ参照）および［（００１）面］に六角形構成の細孔構造を備えた、予測および試験した六角形配列を有していた（図７Ｂの断面ＴＥＭ参照）。この格子面間隔（ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）および細孔径は、それぞれ、〜９１Åおよび〜４５Åと推定され、試料番号２のＸＲＤグラフに示された格子面間隔と良好に適合した（図４Ａ参照）。試料番号７は、予測され試験された六角形配列を有していた（図７Ｃ−７ＤのＴＥＭ参照）。さらに、試料番号２０は、予測した配列はラメラであったが、試験したところ六角形配列であった（図７Ｅ−７ＦのＴＥＭ参照）。最後に、試料番号８は、予測され試験された立方体配列を有していた（図７Ｇ−７ＨのＴＥＭ参照）。
【００２５】
以下の記載は、試料番号１−２８を作製し、試験するのに関連する材料および工程をより詳細に説明するものである。また、以下の記載は、規則性メソ多孔性炭素を後に部分的に酸化すると、例えば、触媒が分散および安定化する活性炭を形成する、本発明の特徴を説明するものである。
【００２６】
材料
試料番号１−２８を、界面活性剤（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、炭素前駆体（フェノール樹脂）および油（ブタノール）により作製した。特に、用いた非イオン性界面活性剤は、ｘ＝１０６およびｙ＝７０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、ｘ＝１２７およびｙ＝５０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１０８）のＢＡＳＦ Ｉｎｃ．製ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーであった。用いた炭素前駆体は、５１０Ｄ５０フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ）であり、２つの異なる分子量（ＭＷ）種（ＧＰＣデータ、Ｍｎ〜２８００、１０６０）であった（注：５１０Ｄ５０フェノール樹脂はさらには精製しなかった）。炭素前駆体とＨ２Ｏの混合物は、架橋段階で、６５％のフェノール樹脂および３５％のＨ２Ｏを含有していた。用いた油／共力剤は、ブタノールとｐ−キシレンであった。
【００２７】
合成
典型的な合成において、ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー（例えば、３．７ｇの「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（ｘ＝１０６、ｙ＝７０）を、無水エタノール（エタノール２０ｍｌ中１８％Ｆ１２７）に添加し、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが、エタノール中で部分的または完全に溶融するまで、熱を加えて攪拌した。次に、計算量の脱イオン水（１．４ｍｌ）を混合物に添加したところ、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解した。数分間攪拌する際、フェノール樹脂（５１０Ｄ５０フェノール樹脂３．０ｍｌ）を混合物に徐々に添加した後、激しく攪拌した。フェノール樹脂を添加すると、溶液が濁った。次に、ブタノール（１．５ｍｌ）を混合物に添加した後、攪拌した。最後に、計算量の１．６Ｎ ＨＣｌ（０．６ｍｌ）を混合物に添加して、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解し、ミセル形成を補助した。得られた溶液を、室温で２０−３０分間攪拌し、乾燥および架橋工程でるつぼに注いだ。
【００２８】
乾燥および架橋：
Ｆ１２７トリブロックコポリマーの自己組織化の条件を最適化するために、５つの異なる処理条件（ａ−ｅ）のうち１つを用いて空気中で乾燥を実施した。乾燥および架橋は、次のようにして乾燥を実施した。
【００２９】
ａ）乾燥：試料番号１−５をデシケータに保持し、５０℃−９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、室温（ＲＴ）まで５℃／分で冷却した。架橋を行うために、試料番号１−５をデシケータに保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【表２】
【００３０】
ｂ）乾燥：試料番号１−５をオーブンに保持し、５０℃−９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、ＲＴまで５℃／分で冷却した。架橋：試料番号１−５をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３１】
ｃ）乾燥：試料番号１−２８をオーブンに９０℃で１２ｈ保持した。架橋：試料番号１−２８をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３２】
ｄ）乾燥：試料番号１−２８をフード（ふたなし）保持して１２ｈ乾燥した。架橋：試料番号１−２８をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３３】
ｅ）乾燥：試料番号１−５をフード（ふたを閉めて）保持して５日間乾燥した。架橋：試料番号１−５をオーブン（デシケータなし）に保持し、表２に示すサイクルを用いて加熱した。
【００３４】
試料番号１−２８の乾燥により、粘性の明るいオレンジ色の液体が得られ、架橋サイクルにより、暗いオレンジ−褐色の膜が形成された。架橋膜の厚さは〜１−２ｍｍ、直径は４−１４ｃｍであった。注：必要であれば、溶液番号１−２８（および他の溶液）を、ディップコーティング、スピンコーティングまたは鋳造等により基材の上部にコーティングとして適用してから、それらを架橋して、ナノメートル〜１ｍｍの厚さのフィルムを形成することができる。
【００３５】
炭化：
得られた暗いオレンジ−褐色の膜を、４００℃まで、温度１．７℃／分の傾斜で上げ、それらをその温度に３ｈ浸漬して、炭化温度８００°−９００℃まで、温度を１℃／分の傾斜で上げ、その温度で３ｈ浸漬することにより、窒素雰囲気中で炭化した（図８に、試料番号２のＦ１２７界面活性剤テンプレートが３８６℃で分解したのを示す）。この特定の炭化プロセスにより、光沢のある黒色炭素が得られた。図８に、試料番号２に関連する熱重量分析（ＴＧＡ）、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）および示差熱分析（ＤＴＧ）データも示す。
【００３６】
炭素活性（任意）：
５００−１０００℃の後炭化下での化学または物理、例えば、ＣＯ２ガスまたは蒸気の使用を含む炭素活性化工程を実施して、よりマイクロ細孔（＜２ｎｍ）を規則性メソ多孔性炭素に導入することができ、メソ細孔（２−５０ｎｍ）およびマクロ細孔（＜２ｎｍ）の両方が形成された規則性メソ多孔性炭素が得られる（注：この工程は、活性炭に関してより詳細に述べてある）。
【００３７】
乾燥工程の分析：
上述したとおり、試料番号１−２８を、乾燥プロセスａ−ｅにより蒸発した。図９Ａ−９Ｃに、試料番号２についての細孔特性対異なる処理条件ａ−ｅのプロットを示す。実験データによれば、ＸＲＤ格子面間隔およびＢａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）方法において、細孔サイズは、乾燥プロセスａ−ｅから独立している（図９Ａ参照）。実験データは、細孔径に関連していたが、ＢＪＨ表面積およびＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積は、乾燥プロセスａ−ｅからはやや独立を示していた（図９Ｂ−９Ｃ参照）。見て分かるとおり、乾燥プロセスｃ、ｄおよびｅは、表面積および細孔容積を増大するという点では好ましいと思われるが、乾燥プロセスａおよびｂはこれより低い値を与えると思われる。従って、乾燥プロセスｃおよびｄを用いて多くの試料を作製した。
【００３８】
エタノール溶媒（必須ではない）：
自己組織化プロセス（架橋プロセス）のための溶媒としてエタノールの使用を、異なる量のエタノール、例えば、エタノール２０、５および０ｍｌにより実験を行うことにより試験した。３つの全ての実験において、望ましい規則性メソ多孔性炭素を、試料番号２から得た。プロセス条件ｄは、界面活性剤の自己組織化のための特定の条件下でエタノールは必要なかったことを示していた。これは、有機溶媒（例えば、エタノール）が好ましい溶媒でない工業用途において有利である。
【００３９】
油相：
油（ブタノール）は、Ｆ１２７ ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ界面活性剤系内のＰＰＯブロック用の膨潤剤として作用する。従って、用いる油（ブタノール）の量は、形成されたミセルの膨潤を制御するのを補助することができ、また、得られる規則性メソ多孔性炭素の細孔サイズおよび細孔メソ構造の制御も補助する（図１０Ａ参照）。ブタノールの役割をよく理解するために、２つの異なる実験を行った。第１の実験において、ブタノールを、２Ｄ六角形構造を有する試料番号２から除去した（表１および３参照）。試料番号２からのブタノールの除去により、立方体相内にある試料番号１１または１２に関連した位置に組成が動く（図１０Ｂ参照）。試料番号１１−１２の両組成において、Ｆ１２７界面活性剤対フェノール樹脂：水の重量比は同じに保った。表３に、これらの組成物の処方を示す。
【表３】
【００４０】
ブタノールの役割は、第２の実験によっても確認された。第２の実験において、熱脱離−ガスクロマトグラフィー／質量分析法（ＴＤ−ＧＣ／ＭＳ）を用いて、乾燥プロセスｃおよびｄに関連する蒸発工程後のブタノールの存在を確かめた。ある組の試料番号２を、９０℃で１８ｈ蒸発し、他の組の試料番号２をＲＴで１８ｈ蒸発した。次に、２５℃で熱脱離した試料番号２およびオフガスの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）をＧＣＭＳにより分析して、各乾燥プロセスｃおよびｄでブタノール含量を求めた。ブタノールは、両組の試料番号２で検出された。９０℃の組の試料番号２から放出されたブタノールのピーク面積（ピーク面積カウント８１５、１５４）は、室温の組の試料番号２から放出されたブタノール（ピーク面積カウント１、１９８、７２４）に比べ、僅かに小さかった。これは、蒸発工程を９０℃およびＲＴで実施した後、ブタノールが存在していることを示唆している。各組の試料のブタノール量を表４に示す。
【表４】
【００４１】
炭素前駆体（フェノール樹脂）対水比：
水重量％は、周知および「新」相図を用いると、炭素前駆体＋水重量％と等価と考えられるため、炭素前駆体：水溶液間の異なる比を調べることに関係すると思われる。従って、炭素前駆体：水比約９：１、３：２、２：３および１：４を、特定の重量％で変えることにより、いくつかの異なる試料番号２１−２６および２８を作製した。表５に、この特定の実験についての主要データを示す。
【表５】
【００４２】
見て分かるとおり、２Ｄ六角形相からの試料番号２１−２２および２５−２６の処方組は、〜５６−５８％および５２−５３％でそれぞれ保持された樹脂＋水ｗｔ％を有しており、その樹脂／水重量比は変化した。ＸＲＤデータによれば、３：２の比を用いると、試料番号２１は、２Ｄ六角形相を保持するが、試料番号２２について比を９：１に変更すると、相は立方体に変化することが分かる。さらに、ＸＲＤデータによれば、３：２の比を用いると、試料番号２６は２Ｄ六角形相を保持するが、試料番号２５について、比を１：４に変更すると、相は無秩序になったのが分かった。
【００４３】
Ｈ２Ｏの役割：
水は、典型的に、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ（例えば、「Ｐｌｕｒｏｉｎｃｓ」Ｆ１２７）系内のＰＥＯブロックと相互作用し、炭素前駆体を含有する相を膨潤する（図１１参照）（注１：水は、界面活性剤の量の約０．２倍とすることのできる計算量の酸を含有していてもよい）（注２：酸はミセル形成を補助する）。従って、水が、界面活性剤テンプレートの自己組織化において重要な役割を果たす場合、架橋材料または得られる炭素の格子面間隔を変えなければならない。図１２Ａ−１２Ｂに、フェノール樹脂：水比が１：４の試料番号１について、架橋後の格子面間隔および炭化後の格子面間隔を示すＸＲＤデータをそれぞれ示す。図１２Ｃ−１２Ｄに、フェノール樹脂：水比が３：２の試料番号２について、架橋後の格子面間隔および炭化後の格子面間隔を示すＸＲＤデータをそれぞれ示す。見て分かるとおり、ＸＲＤデータには、試料番号１および２について架橋段階か、炭化段階のいずれかの格子面間隔において大きな変化がないことが示されており、この段階での水の役割はあまり明白でないことが示唆されている。
【００４４】
エージング
試料２について、溶液のエージングも調べた。得られたデータによれば、特定の処方が、ｔ＝０で特定の相配向を有していた場合には、その溶液のエージング（４週間まで）は構造に影響しなかった。
【００４５】
炭素前駆体のエージング：
フェノール樹脂の貯蔵寿命および炭素前駆体溶液のエージングの影響も調べた。Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ ５１０Ｄ５０フェノール樹脂は、典型的に、４℃に保つと、６カ月の貯蔵寿命を有する。この実験において、同じ処方を有する５つの組成物Ａ−Ｅを調製して、２Ｄ六角形相を形成した。ただし、４℃または−２０℃のいずれかに保たれた、いくつかの組成物は、１０カ月経過したフェノール樹脂（樹脂−古）を用い、いくつかの組成物は、３カ月経過したフェノール樹脂（樹脂−新）を用いた。新たな組成物は全て、図１３Ａに示すとおり、２Ｄ六角形のオーダーを有していた。このグラフにおいて、−２０℃に保たれたＤ−Ｅフェノール樹脂による組成物は、貯蔵寿命にかかわらず、高次のピークを有していた。さらに、−２０℃に保たれた新しいフェノール樹脂は、非常に集中したｄ（１００）バンドを有していた。組成物Ａ−Ｅを、２週間（図１３Ｂ参照）および４週間（１３Ｃ参照）エージングした後、架橋および炭化した。これらのグラフを比べると、ツー・シータが、＋／−０．０５度変化し、＋／−８Å、ｄ（１００）に影響したが、半値全幅（ＦＷＨＭ）は最少の変化であり、このことは、これらの組成物のエージング（４週間まで）が、得られる構造に影響しなかったことを示していた。表６Ａ−６Ｃは、それぞれ図１３Ａ−１３Ｃに関連する凡例である。
【表６】
【００４６】
代替組成物：
上述した組成物は全て、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（界面活性剤）、フェノール樹脂／Ｈ２Ｏ（炭素前駆体／Ｈ２Ｏ）およびブタノール（油）を含んでいた。代替組成物は、異なる材料で用いて、得られる規則性メソ多孔性炭素の構造を変えることができる。例えば、これらの代替組成物は、以下の任意の組み合わせを用いることができる。（１）非イオン性界面活性剤（例えば、ｘ、ｙ値の異なるＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー、例えば、「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｐ１２３ｘ＝２０，ｙ＝７０、Ｆ１０８ｘ＝１２７，ｙ＝５０、Ｆ１２７ｘ＝１０６，ｙ＝７０、Ｆ８８ｘ＝１０４，ｙ＝３９）、（２）水溶性炭素前駆体（例えば、フェノール樹脂、熱硬化性炭水化物、ポリビニルアルコール、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、ペプチド両親媒性物質、脂質またはその他生物学的発生材料）、および（３）油（例えば、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタン、ｐ−キシレン、メシチレン、ヘキサデカン、酢酸ブチル）。一例として、Ｆ１０８／フェノール樹脂／Ｈ２Ｏ／ブタノール系を用いて、それぞれ図１４Ａおよび１４Ｂに示すＳＥＭおよびＴＥＭ画像により見られるような立方体配列を合成した。
【００４７】
細孔径および細孔容積分布（ＰＶＤ）：
窒素吸着／脱着等温線の測定を実施することにより、異なる乾燥条件ａ−ｅを用いて作製した試料番号２の多孔性構造を調べた。表７にこの特定の実験結果をまとめてある。
【表７】
【００４８】
等温の吸着分岐を用いて、それをＢＪＨおよびＢｂＢ−ＦＨＨモデルの両方に適合することにより、８００℃で炭化した試料の細孔径を推定した（欄６、７および８参照）。ＢｂＢ−ＦＨＨモデルから得られた細孔径は、図７Ａ−７Ｂに示すＴＥＭデータを用いることにより計算された細孔径と非常によく適合した。試料番号２に関連する吸着分岐等温について計算したＢＪＨおよびＢｂＢ−ＦＨＨモデルを用いて得られた、窒素吸着および脱着等温線および細孔サイズ分布を図１５Ａおよび１５Ｂに示す。
【００４９】
図８に戻ると、ＴＧＡデータは、試料番号２のＦ１２７界面活性剤テンプレートは、４００℃未満の温度で分解し、熱硬化性フェノール樹脂は炭素質細孔壁として残ったことが示されている。得られた規則性メソ多孔性炭素は、メソ細孔（直径２−５０ｎｍ）とマイクロ細孔（直径＜２ｎｍ）の両方を含む５５０−８００ｍ２／ｇの高ＢＥＴ表面積を有していた。フェノール樹脂の分解からのガスの生成のためにマイクロ細孔容積が４００℃の後増大し得えること、異なる温度で作製された規則性メソ多孔性炭素の表面積を特定する実験を行った後に、この仮定が確認されたものと考えられた。また、マイクロ細孔容積の増大は、図１６に示すグラフの吸着分岐を用いて得られた（ＢＪＨモデルにより）細孔サイズ分布から分かる。
【００５０】
前述より、当然のことながら、本発明の一態様は、界面活性剤相と水＋炭素前駆体相と共に油相を含む処方から規則性メソ多孔性炭素を形成する方法に関する。この方法は、界面活性剤相と水＋炭素前駆体相のみを用いる方法に比べて、メソ構造相に近づき、物理特性（例えば、細孔容積、細孔径）を制御するのにより大きな能力を与える。製造方法１００ａには、（ａ）少なくとも所定量の溶媒と所望量の界面活性剤、炭素前駆体および水と油を含有する溶液を混合する工程と、（ｂ）溶液を乾燥する工程と、（ｃ）溶液を架橋して、水を固定化し、予備炭化したメソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（自己組織化有機テンプレートを溶解して規則性メソ多孔性炭素を形成する）とを含む。この方法１００ａは、蒸発を誘導する濃度の界面活性剤／水および炭素前駆体／油相を用いて、規則性メソ構造を形成することができ、薄膜、コーティング、自立膜または粉末を作製するのに用いることができる。
【００５１】
同様に当然のことながら、本発明の他の態様は、規則性メソ多孔性炭素の製造に用いることのできる組成物を処方する方法１００ｂにも関する。この処方方法１００ｂには、（１）界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、（２）界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体＋水相ラベルに交換する工程と、（３）界面活性剤／炭素前駆体＋水／油平衡相図を指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体／水および油を、所望の規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか推定する工程とを含む。界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油のこの特定の処方は、製造方法１００ａの混合工程１０２ａにおいて用いるものである。さらに、本発明は、いくつかの他の特徴および利点を有しており、そのうちいくつかを以下に挙げる。
【００５２】
・本発明により作製された規則性メソ多孔性炭素は、均一な細孔、メソ細孔径（２−５０ｎｍ）、高表面積、大きな細孔容積および機械的強度を有している。これらの属性は、組成、溶媒、湿度、促進された架橋条件（水相を固定化するのに用いる）、ｐＨ、炭化条件等の様々なプロセス変数を調節することにより制御することができる。
【００５３】
・規則性メソ多孔性炭素の形成に用いるのに好ましい組成物は、界面活性剤、炭素前駆体／Ｈ２Ｏおよび油（または共力剤）を含む。この特性の組成物をさらに操作すると、膨潤剤の添加により、かつ／または油の変更により異なる細孔径の炭素を得ることができる（注：規則性メソ多孔性炭素の粉末形態で細孔サイズを増大するのに必要な場合には、メシチレン（１，３，５−トリメチルベンゼン、ＴＭＢ）等の有機種を用いることができる）。
【００５４】
・上述した架橋条件は、予備炭化メソ構造相を安定化するための主要因である炭素前駆体の熱硬化を行うものである。しかしながら、予備炭化メソ構造相の安定化の補助に用いることもできる溶媒および湿度が他の変数である。
【００５５】
・本明細書に記載した好ましい組成物は、吸着、分離、電気化学二重層キャパシタ、触媒作用、重金属封鎖等に関連した用途に用いることのできるモノリス、コーティングまたは粉末の形態を有する規則性メソ多孔性炭素の形成に用いることができる。
【００５６】
・本明細書に記載した規則性メソ多孔性炭素の製造によって、無機テンプレートの使用が避けられ、構造形成を、より柔軟に制御でき、作製工程が減じ、無機テンプレートを製造するコストが減じ、無機テンプレートをエッチングするために強塩基（またはＨＦ）を用いる必要性が排除される。これは望ましいことである。
【００５７】
・本発明の製造プロセスでは、予備重合炭素前駆体を用いることができ、その結果、予備炭化構造を形成するための炭素前駆体の架橋／熱硬化中の収縮が少なくなる。
【００５８】
・規則性メソ多孔性炭素の表面は、必要であれば、化学官能性とし、後炭化工程において、静電気を用いることにより帯電することができる。
【００５９】
本発明のさらに他の態様において、規則性メソ多孔性炭素を部分的に酸化して、例えば、触媒を分散して安定化できる活性炭を形成することができる。また、この活性炭は、ガス状または溶解した種の効率的な吸着／吸収剤であり、ろ過用途に用いることができ、必要であれば、このろ過を、触媒の安定化と組み合わせて実施することができる。さらに、この活性炭は、８００ｍ２／ｇを超えるＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を有し、＜２０Åおよび２０−５００Åのマイクロおよびメソ多孔性の組み合わせを有し、それぞれ、１−２ｗｔ％を超える濃度で、触媒の高分散を可能にする。本発明により、合成された規則性メソ多孔性炭素からの活性炭の作製の仕方について、詳細を図１７−２１に関して以下に説明する。
【００６０】
図１７を参照すると、本発明により、活性炭を製造する方法１７００の様々な工程を示すフローチャートがある。方法１７００には、（ａ）溶媒と所望量の非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（共力剤）を含有する溶液混合する工程（工程１７０２）（任意：溶液は、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウム等カリウム化合物を含有していてもよい、または水は、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４等の酸を含有していてもよい）、（ｂ）溶液を乾燥する工程（工程１７０４）と、（ｃ）溶液を架橋して水を固定化し、予備炭化メソ構造相（自己組織化有機テンプレートを含む）を形成する工程（工程１７０６）と、（ｄ）予備炭化メソ構造相を炭化して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程（この工程は、＞７００℃の温度で酸素に乏しい雰囲気で実施して、表面積を制御し、自己組織化有機テンプレートを溶解することができる）（工程１７０８）と、（ｅ）表面と、規則性メソ多孔性炭素の表面で開いたチャネル／細孔内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程（規則性メソ多孔性炭素は、フィルムとすることができるか、または部分的に酸化しながら、基材上に担持することができる）（工程１７１０）。活性炭は、例えば、フィルタ、膜または触媒担持（触媒を分散し、安定化することのできる）をはじめとする様々な用途に用いることができる。
【００６１】
活性炭（合成炭素源材料から作製された）は、従来の活性炭に比べ著しく改善されている。製造方法１７００によって、活性種または触媒のイオン交換を可能とする細孔／チャネルの内周端部を含む活性部位を有する表面が無傷のチャネルの配列を備えた構造化炭素が得られるからである。また、製造方法１７００には、自己組織化構造の使用が含まれ、活性炭に存在する多孔性および表面積を制御することが可能となる。これらの特徴を制御するには、周知の界面活性剤／水／油相図を選択し、その図を、所望の表面積および所望のサイズおよび形状の細孔を備えた活性炭を作製するのに必要とされる所望量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を推定するために、指針として用いる「新」界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図へと変換する（上述の処方方法１００ｂを参照のこと）。
【００６２】
図１８−２１を参照すると、本発明の一実施形態に従って、製造方法１７００により作製した活性炭を試験するために実施された、いくつかの実験の結果を説明する補助に用いられる様々な図、グラフおよび画像がある。表８に、部分的に酸化して、例示の活性炭を形成した２つの規則性メソ多孔性炭素を製造するのに用いた２つの処方を示す（注：２つの処方は、表１について上述した試料番号２および５に対応している）。
【表８】
【００６３】
以下の説明は、例示の活性炭を製造し試験するのに関連した材料および工程を詳細に説明するものである（注：この記載は、（部分酸化工程１７１０を除き）試料番号１−２８について上述したものと非常に似ているが、活性炭の製造および試験の記載を補助するために繰り返しておく）。
【００６４】
材料
試料番号２−５を、界面活性剤（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７）、炭素前駆体（フェノール樹脂）および油（ブタノール）により作製した。特に、用いた非イオン性界面活性剤は、ｘ＝１０６およびｙ＝７０（「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」）Ｆ１２７）のＢＡＳＦ Ｉｎｃ．製ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーであった。用いた炭素前駆体は、５１０Ｄ５０フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ）であった。用いた油／共力剤は、ブタノールであった。
【００６５】
合成（工程１７０２）
ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマー（例えば、３．７ｇの「Ｐｌｕｒｏｎｉｃ」Ｆ１２７（ｘ＝１０６、ｙ＝７０）を、無水エタノール（エタノール２０ｍｌ中１８％Ｆ１２７）に添加し、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが、エタノール中で部分的に溶融するまで、熱を加えて攪拌した。次に、計算量の脱イオン水（１．４ｍｌ）を混合物に添加したところ、Ｆ１２７トリブロックコポリマーが溶解した。数分間攪拌した後、フェノール樹脂（５１０Ｄ５０フェノール樹脂３．０ｍｌ）を混合物に徐々に添加した後、激しく攪拌した。フェノール樹脂を添加すると、溶液が濁った。次に、ブタノール（１．５ｍｌ）を混合物に添加した後、攪拌した。最後に、計算量の１．６Ｎ ＨＣｌ（０．６ｍｌ）を混合物に添加して、Ｆ１２７トリブロックコポリマーを完全に溶解した。得られた溶液を、室温で２０−３０分間攪拌し、乾燥および架橋工程でるつぼに注いだ。
【００６６】
乾燥および架橋：（工程１７０４および１７０６）
Ｆ１２７トリブロックコポリマーの自己組織化の条件を最適化するのを補助するために、設計された処理条件を用いて乾燥および架橋を実施した。特に、乾燥は、試料番号２−５をデシケータに入れ、５０℃から９０℃まで、０．５℃／分で加熱し、９０℃で５ｈ浸漬してから、それらを室温（ＲＴ）まで５℃／分で冷却した。その後、試料番号２および５をデシケータに入れ、上述の表２について記載した加熱サイクルに従って加熱することにより架橋した。
【００６７】
試料番号２および５の乾燥により、粘性の明るいオレンジ色の液体が形成され、架橋により、暗いオレンジ−褐色の膜が形成された。架橋膜の厚さは〜１−２ｍｍ、直径は４−１４ｃｍであった。注：必要であれば、溶液番号２および５（および他の溶液）を、ディップコーティング、スピンコーティングまたは鋳造等により基材の上部にコーティングとして適用してから、それらを架橋して、ナノメートル〜１ｍｍの範囲の厚さのフィルムを形成することができる。
【００６８】
炭化（工程１７０８）：
得られた暗いオレンジ−褐色の膜を、４００℃に達するまで、温度１．７℃／分の傾斜で上げ、それらを４００℃で３ｈ保持して、界面活性剤を除去した後、８００°の温度まで、温度を再び１℃／分の傾斜で上げ、その温度で３ｈ浸漬することにより、窒素雰囲気中で炭化した。この特定の炭化プロセスにより、光沢のある黒色炭素が得られた。図４Ａに、製造プロセス１７００のこの特定の点での試料番号２の光沢のある黒色の規則性メソ多孔性炭素に関連した低角Ｘ線回折（ＸＲＤ）グラフを示す。見て分かるとおり、試料番号２は、９６Åで集中した良好に分解された（１００）ピークを有しており、それぞれ１．７°および２．４°のツー・シータで、ｄ（１１０）〜５２Åおよびｄ（２１０）〜３７Åの２つの高次ピークがある。このデータは、図３の「新」界面活性剤／炭素前駆体−水／油平衡相図を用いて予測されたものと一致している。
【００６９】
部分酸化（工程１７１０）：
試料番号２および５の炭化膜（規則性メソ多孔性炭素）を、５Ｍの濃硝酸に分散し、部分的に酸化して、活性炭を形成した。この部分酸化工程１７１０の結果、活性炭の表面ｐＨが≧７ｐｈ〜＜４ｐｈまで減少した。これにより、正味の負の電荷が表面およびチャネル／細孔の内周端部に生成され、これは、活性炭の表面で開いて、塩基溶液中、カチオン種、例えば、Ｐｔ（ＮＨ３）４２＋を交換するのに特に好適である。試料番号２に関連するいくつかの活性炭を詳細に試験し、低角Ｘ線回折（ＸＲＤ）グラフ、広角ＸＲＤグラフおよび透過電子顕微鏡（ＴＥＭ)を含む結果について、図１８−２１により、次に述べる。
【００７０】
図１８Ａ−１８Ｂを参照すると、２つのＰｔ−交換活性炭（試料番号２）を試験した後に得られた２つの低角（０．５−５°）ＸＲＤグラフが示されている。特に、図１８Ａに、Ｐｔを交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で３０分レドックス活性化を行った第１の活性炭（試料番号２）から得られた低角ＸＲＤデータを示す。そして、図１８Ｂに、Ｐｔを交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で６０分レドックス活性化を行った第２の活性炭（試料番号２）から得られた低角ＸＲＤデータを示す。Ｐｔ交換および低角でのバックグラウンドが極めて高いため、最も集中した（１００）ピークしか図１８Ａおよび１８Ｂにおいては見られない（非活性規則性メソ多孔性炭素（試料番号２）が、２Ｄ六角形構造（ｐ６ｍ空間群）を有するように見える図４Ａと比べる。（１００）、（１１０）および（２１０）反射とされた１：√３：√７の格子面間隔のためである）。
【００７１】
図１９Ａ−１９Ｂを参照すると、２つのＰｔ−交換活性炭（試料番号２）を試験した後に得られた２つの広角（５−７０°）ＸＲＤグラフが示されている。特に、図１９Ａに、Ｐｔ（Ｐｔ２＋溶液濃度は、０．１−０．０５Ｍであった）を交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で３０分レドックス活性化を行った第１の活性炭（試料番号２）から得られた広角ＸＲＤデータを示す。そして、図１９Ｂに、Ｐｔ（Ｐｔ２＋溶液濃度は、０．０５Ｍであった）を交換するのに用いる前、濃ＨＮＯ３で６０分レドックス活性化を行った第２の活性炭（試料番号２）から得られた広角ＸＲＤデータを示す。これらのグラフにおける垂直線は、対応のツー・シータ値（Å）およびミラー指数（ｈｋｌ）に対応するＰｔ／ピークバンドを示している。
【００７２】
図２０を参照すると、炭素自己組織化構造が、硝酸中でレドックス活性化を行った後のイオン交換プロセスに与え得る影響を示すグラフがある。グラフは、六角形チャネル構造（２Ｄ−六角形、直径４ｎｍのチャネル）を有する活性炭２００２が、立方体構造または無秩序な活性炭２００６を有する活性炭２００４（試料番号５）より、活性化およびイオン交換され易かったことを示している。また、グラフには、数時間のレドックス活性化後、２Ｄ−六角形活性炭２００２（試料番号２）は、立方体構造炭素２００４（試料番号５）より、２倍より多い量のＰｔ、無秩序な活性炭２００６により交換されたＰｔの量の３０倍より多くのものを交換したことが示されている。図２１は、レドックス活性（６％Ｈ２／Ｎ２フォーミングガス中、６０℃／時の傾斜で、５００℃まで上げ、この温度に３時間保持する）のＴＥＭおよびＰｔ交換活性炭２００２（試料番号２）である。ＴＥＭによれば、Ｐｔ結晶子（直径〜２−４Åのダークスポット）が活性炭２００２中六角形のチャネルに沿って並んでいること（注：Ｐｔ交換部位は、チャネル長に並行または並行に見え、交換されたＰｔイオンはこの次元に沿って並んでいること）が示されている。
【００７３】
他の部分酸化（工程１７１０）：
部分酸化工程１７１０はまた、硝酸とは異なる酸化剤を含有するレドックス溶液による化学プロセスを用いて実施することもできる。例えば、部分酸化工程１７１０は、過酸化水素、過酸化物含有化合物、酸化ハロゲン化化合物、鉱酸および／またはリン酸を含有するレドックス溶液による化学プロセスを用いて実施することができる。また、温度制御されたアルカリ溶液、例えば、ＮａＯＨを、部分酸化工程１７１０中、用いると、規則性メソ多孔性炭素の活性化ばかりでなく、規則性メソ多孔性炭素の表面積を増大するのにも役立つ。あるいは、部分酸化工程１７１０は、不活性雰囲気中、蒸気、二酸化炭素、酸素、あるいはこれらおよび／または他のガス状種による熱プロセスを用いることにより実施することができる。いずれの場合も、部分酸化工程１７１０を実施して、表面積に影響を与え、マイクロ細孔（＜２ｎｍ）を導入する、かつ／または得られる活性炭のメソ細孔（２−５０ｎｍ）のサイズを制御することができる。
【００７４】
代替初期組成物
非イオン性界面活性剤、水溶性炭素前駆体／Ｈ２Ｏ溶液および水非混和性油（共力剤）の初期の組成物は、カリウム化合物（表８の注２参照）をさらに含むことができる。カリウム化合物の添加は、マイクロおよびまたはメソ多孔性を増大し、かつ、炭化後、炭素表面のイン・サイチュの活性となる（すなわち、部分酸化工程１７１０を実施する必要がない）ため、有利である。カリウム化合物としては、例えば、水酸化カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムまたはその他ハロゲン化カリウムを挙げることができる。
【００７５】
カリウム化合物は、１％を超える、好ましくは２％から５０％、より好ましくは２％−２５％のレベルで炭素前駆体に存在できる。さらに、カリウム化合物の比率は、水相に含めなければならず、処理工程１７０４および１７０６中、界面活性剤の組織化を妨げないよう、カリウム化合物の濃度は十分に希釈すべきである。生成物が、工程１７０８で炭化された後、典型的には、温水で洗浄して、残渣のカリウム化合物を除去する。洗浄水のｐＨが中性になるまで、洗浄を続ける。このプロセスによって、得られる活性炭の多孔性が得られ、高表面積の活性炭を作製するための追加の活性化／部分酸化工程１７１０の必要性が排除される。
【００７６】
イオン交換および触媒
上述したとおり、本発明の活性炭は、塩基溶液中、カチオン種、例えば、Ｐｔ（ＮＨ３）４２＋を交換するのに特に好適である（図１８−２１参照）。新たな活性炭は、以下をはじめとする多くのやり方（例えば）で触媒作用をおよぼすことにも着目する。
【００７７】
１．金属触媒を、カチオンイオン交換を用いて、新たな活性炭に導入することができる。金属触媒は、アルカリ、アルカリ土類、遷移および／または貴金属とすることができる。より好ましいのは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃａ、Ｙまたはこれらの組み合わせ等の触媒金属である。実際、新たな活性炭の構造によって、これらの金属のより高重量パーセントのイオン交換が可能となり、結果として、従来の活性炭に比べると、小触媒ナノ粒子の極めて高い分散が得られる。
【００７８】
２．新たな活性炭は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、貴金属または遷移金属をはじめとする触媒前駆体のイオン交換を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００７９】
３．新たな活性炭は、塩化白金酸アンモニウム（例えば）を用いると、化学吸着により触媒作用をおよぼすことができる。
【００８０】
４．新たな活性炭は、前駆体の溶解度、表面電荷および表面電荷密度に影響する塩基および酸等のｐＨ制御剤を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００８１】
５．新たな活性炭は、硝酸テトラアミン白金（ＩＩ）を用いることにより、触媒作用をおよぼすことができる。
【００８２】
６．新たな活性炭は、アニオン交換を用いることにより触媒作用をおよぼして、Ｓ、Ｐ、リン酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩およびその他アニオンを表面に形成することができる。
【００８３】
７．新たな活性炭は、カチオンまたはアニオン遷移金属またはその他塩を制御された、適合するｐＨで用いることにより触媒作用をおよぼして、イオン交換化学吸着をして、Ｓ、Ｐ、リン酸塩、硫酸塩およびホウ酸塩を表面に形成することができる。
【００８４】
代替処理工程
以下は、本発明に従って、規則性メソ多孔性炭素または活性炭を作製するのに実施することのできるいくつかの異なる例示の処理工程の一覧である。
【００８５】
１．規則性炭素架橋樹脂前駆体を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、不活性ガス中および／またはＳ、Ｎ、Ｃまたはその他ガスを含有する活性ガスで処理すると、＞６００ｍ２／ｇの高表面積の部分酸化メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８６】
２．規則性炭素架橋樹脂前駆体を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、窒素中で処理すると、メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８７】
３．規則性メソ多孔性炭素を、高温＞３０℃で、＞１５分にわたって、酸化または部分酸化雰囲気中で直接処理すると、高表面積メソ多孔性炭素を与えることができる。
【００８８】
４．メソ多孔性炭素は、酸化剤、例えば、鉱酸、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４またはその他酸、例えば、ＣＨ３ＣＯＯＨ、または塩基、例えば、ＮＨ４ＯＨ、フェニルアミン、またはその他元素により、＜１１０℃で、＞１５分化学的に活性化することができる。
【００８９】
本発明の多数の実施形態を、添付の図面に図示し、上述の詳細な説明に記載してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲により規定および定義される本発明の精神から逸脱することなく、数多くの再構成、修正および代替が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および水非混和性油からできていることを特徴とする規則性メソ多孔性炭素。
【請求項２】
前記界面活性剤が、ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーを含む非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項３】
前記炭素前駆体が、フェノール樹脂、熱硬化性炭水化物、ポリビニルアルコール、レゾルシノール−ホルムアルデヒドペプチド両親媒性物質または脂質を含む水溶性炭素前駆体であることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項４】
前記水が、所望量の酸を含有することを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項５】
前記水非混和性油が、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ｐ−キシレン、メシチレン、ヘキサデカン、酢酸ブチルまたはオクタンであることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項６】
規則性メソ多孔性炭素を製造する方法であって、
溶媒と、所定量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を含有する溶液を混合する工程と、
前記溶液を乾燥する工程と、
前記溶液を架橋して、前記水を固定化して、予備炭化メソ構造相を形成する工程と、
前記予備炭化メソ構造相を炭化して、自己組織化界面活性剤テンプレートをそこから除去して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程と
を含む方法。
【請求項７】
前記水が、所望量の酸を含有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、
前記界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、前記規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所定量の前記界面活性剤、前記炭素前駆体／水溶液および前記油を計算する工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を用いて、所望の配向の前記規則性メソ多孔性炭素を選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
表面と、前記規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いたチャネル内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
規則性メソ多孔性炭素を製造するのに用いる組成物を処方する方法であって、
界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、
前記界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか推定する工程と
を含む方法。
【請求項１２】
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、前記得られる規則性メソ多孔性炭素の所望の相配向を選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
部分酸化表面と、合成規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いたチャネル内の部分酸化内周端部とを含むことを特徴とする活性炭。
【請求項１４】
前記表面と、前記合成規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いた前記チャネル内の前記部分酸化内周端部が、前記合成規則性メソ多孔性炭素を化学的処理することにより部分的に酸化されたことを特徴とする請求項１３に記載の活性炭。
【請求項１５】
前記化学処理が、過酸化水素、過酸化物含有化合物、酸化ハロゲン化合物、鉱酸、硝酸、リン酸および／またはアルカリ溶液を含む酸化剤を用いて実施されることを特徴とする請求項１４に記載の活性炭。
【請求項１】
界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および水非混和性油からできていることを特徴とする規則性メソ多孔性炭素。
【請求項２】
前記界面活性剤が、ＰＥＯｙ−ＰＰＯｘ−ＰＥＯｙトリブロックコポリマーを含む非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項３】
前記炭素前駆体が、フェノール樹脂、熱硬化性炭水化物、ポリビニルアルコール、レゾルシノール−ホルムアルデヒドペプチド両親媒性物質または脂質を含む水溶性炭素前駆体であることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項４】
前記水が、所望量の酸を含有することを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項５】
前記水非混和性油が、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ｐ−キシレン、メシチレン、ヘキサデカン、酢酸ブチルまたはオクタンであることを特徴とする請求項１に記載の規則性メソ多孔性炭素。
【請求項６】
規則性メソ多孔性炭素を製造する方法であって、
溶媒と、所定量の界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を含有する溶液を混合する工程と、
前記溶液を乾燥する工程と、
前記溶液を架橋して、前記水を固定化して、予備炭化メソ構造相を形成する工程と、
前記予備炭化メソ構造相を炭化して、自己組織化界面活性剤テンプレートをそこから除去して、規則性メソ多孔性炭素を形成する工程と
を含む方法。
【請求項７】
前記水が、所望量の酸を含有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、
前記界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、前記規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべき所定量の前記界面活性剤、前記炭素前駆体／水溶液および前記油を計算する工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を用いて、所望の配向の前記規則性メソ多孔性炭素を選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
表面と、前記規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いたチャネル内の内周端部の少なくとも一部とを部分的に酸化して、活性炭を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
規則性メソ多孔性炭素を製造するのに用いる組成物を処方する方法であって、
界面活性剤／水／油平衡相図を選択する工程と、
前記界面活性剤／水／油平衡相図における水相ラベルを、炭素前駆体および水相ラベルに交換する工程と、
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、どのくらいの界面活性剤、炭素前駆体／水溶液および油を、規則性メソ多孔性炭素を形成するのに用いるべきか推定する工程と
を含む方法。
【請求項１２】
前記界面活性剤／炭素前駆体および水溶液／油平衡相図を指針として用いて、前記得られる規則性メソ多孔性炭素の所望の相配向を選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
部分酸化表面と、合成規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いたチャネル内の部分酸化内周端部とを含むことを特徴とする活性炭。
【請求項１４】
前記表面と、前記合成規則性メソ多孔性炭素の前記表面で開いた前記チャネル内の前記部分酸化内周端部が、前記合成規則性メソ多孔性炭素を化学的処理することにより部分的に酸化されたことを特徴とする請求項１３に記載の活性炭。
【請求項１５】
前記化学処理が、過酸化水素、過酸化物含有化合物、酸化ハロゲン化合物、鉱酸、硝酸、リン酸および／またはアルカリ溶液を含む酸化剤を用いて実施されることを特徴とする請求項１４に記載の活性炭。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【公表番号】特表２０１０−５１３２１５（Ｐ２０１０−５１３２１５Ａ）
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４２８０２（Ｐ２００９−５４２８０２）
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２５２８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８８５２９
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２５２８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８８５２９
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
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