JP2010037277A - Method for producing chemically modified fullerene - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池用プロトン伝導膜を製造するのに有用な、ホスホン酸基やスルホン酸基を有する化学修飾フラーレンを安価に製造する。
【解決手段】スルホン酸化試薬K2SO3の場合は(ジメチルアセトアミド+水)、ホスホン酸化試薬LiPO(OR)2(Rは、C1〜C5のアルキル基又はフェニル基)の場合はジオキサンという特定の反応溶媒を選択し、該溶媒中にフラーレンとK2SO3又はLiPO(OR)2とを分散させ、常圧又は加圧下で、20〜200℃の反応温度を用いて10〜200時間反応させて、下記の部分構造を1〜12個含む化学修飾フラーレンを製造する方法において、原料のフラーレンがC60とC70の混合物を含むことを特徴とする製造方法。
【化1】
【選択図】なしA chemically modified fullerene having a phosphonic acid group or a sulfonic acid group, which is useful for producing a proton conductive membrane for a fuel cell, is produced at low cost.
SOLUTION: In the case of a sulfonation reagent K 2 SO 3 (dimethylacetamide + water), the phosphonation reagent LiPO (OR) 2 (R is a C 1 to C 5 alkyl group or phenyl group) is called dioxane. A specific reaction solvent is selected, and fullerene and K 2 SO 3 or LiPO (OR) 2 are dispersed in the solvent, and the reaction temperature of 20 to 200 ° C. is used for 10 to 200 hours under normal pressure or pressure. by reacting, in a method of producing a chemically modified fullerene containing 1-12 a partial structure of the following, a manufacturing method of the raw material of the fullerene, characterized in that it comprises a mixture of C 60 and C 70.
[Chemical 1]
[Selection figure] None
Description
本発明は、固体高分子型燃料電池で使用されるプロトン伝導膜の製造に有用な化学修飾フラーレンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing chemically modified fullerene useful for producing a proton conducting membrane used in a polymer electrolyte fuel cell.
従来、固体高分子型燃料電池の性能を支配する電解質膜として、パーフロロスルホン酸樹脂膜(DuPont社製 商品名Nafion膜)が用いられてきた。しかし、該膜は高価なため、最近では炭化水素ポリマーをベースとした電解質膜も検討されている。
この炭化水素ポリマーをベースとした電解質膜はスルホン酸基が芳香族環に直接結合した構造を有するが、100℃以上の酸性条件下で長期間使用すると次第に脱スルホン酸基反応が生じ、性能が劣化してしまう欠陥がある(例えば、非特許文献1参照)。そのメカニズムは、芳香族環にプロトンが攻撃して親電子置換反応が生じるためであり、芳香族環とは異なった基体にスルホン酸基を直接結合する方法が求められている。
Conventionally, a perfluorosulfonic acid resin membrane (trade name Nafion membrane manufactured by DuPont) has been used as an electrolyte membrane that governs the performance of a polymer electrolyte fuel cell. However, since the membrane is expensive, an electrolyte membrane based on a hydrocarbon polymer has recently been studied.
The electrolyte membrane based on this hydrocarbon polymer has a structure in which a sulfonic acid group is directly bonded to an aromatic ring. However, when it is used for a long time under an acidic condition of 100 ° C. or higher, a desulfonic acid group reaction gradually occurs and the performance is improved. There is a defect that deteriorates (for example, see Non-Patent Document 1). The mechanism is that protons attack the aromatic ring to cause an electrophilic substitution reaction, and a method for directly bonding a sulfonic acid group to a substrate different from the aromatic ring is required.
この問題の解決に役立つ電解質として、フラーレンにスルホン酸基を直接結合した化学修飾フラーレンが開示されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、反応溶媒に使用するジメチルホルムアミドもスルホン化反応時に結合してしまい、目的物が得られないという問題があった。
この問題に対処するため、基体のフラーレンとスルホン酸基とを炭化水素系やフッ素系のスペーサー分子で結合する方法が開示されている(例えば、特許文献2,特許文献3参照)。しかし、製造方法が複雑になる上に、イオン交換容量を高くすることができないという欠点があった。
As an electrolyte useful for solving this problem, chemically modified fullerene in which a sulfonic acid group is directly bonded to fullerene is disclosed (for example, see Patent Document 1). However, dimethylformamide used as a reaction solvent is also bonded during the sulfonation reaction, and there is a problem that the target product cannot be obtained.
In order to cope with this problem, a method of bonding a fullerene and a sulfonic acid group of a substrate with a hydrocarbon-based or fluorine-based spacer molecule is disclosed (for example, see Patent Document 2 and Patent Document 3). However, the manufacturing method is complicated and the ion exchange capacity cannot be increased.
本発明者は、スルホン酸化試薬としてK2SO3を用い、(ジメチルアセトアミド+水)という特定の反応溶媒を用いることで、反応溶媒の結合なしに、スルホン酸基をフラーレンに直接結合することに成功した(特許文献4参照)。
また、ホスホン酸化試薬としてLiPO(OEt)2を用い、反応溶媒としてジオキサンを用いることで、反応溶媒の結合なしに、直接結合型のホスホン酸化フラーレンを得ることにも成功した(特許文献4参照)。
The present inventor uses K 2 SO 3 as a sulfonating reagent and uses a specific reaction solvent (dimethylacetamide + water) to bond a sulfonic acid group directly to fullerene without bonding of the reaction solvent. Successful (see Patent Document 4).
In addition, by using LiPO (OEt) 2 as a phosphonation reagent and using dioxane as a reaction solvent, a direct bond type phosphonation fullerene was successfully obtained without binding of the reaction solvent (see Patent Document 4). .
特許文献4で使用されている原料の単体フラーレンは、炭素棒を抵抗加熱法,アーク放電法,レーザー法等で加熱して得られたC60及びC70の混合フラーレンを含むススを有機溶媒で抽出してC60とC70の混合物を主成分とする混合フラーレンを得、それを高速液体クロマトグラフィーでC60とC70に分離するので、比較的高価である。 The raw material fullerene used in Patent Document 4 is an organic solvent containing soot containing C 60 and C 70 mixed fullerene obtained by heating a carbon rod by a resistance heating method, an arc discharge method, a laser method or the like. extracted obtain a mixed fullerene based on a mixture of C 60 and C 70, since it separates the C 60 and C 70 by high performance liquid chromatography, it is relatively expensive.
本発明においては、プロトン伝導膜を製造するのに使用される化学修飾フラーレンの安価な製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an inexpensive method for producing a chemically modified fullerene used for producing a proton conducting membrane.
上記の目的を達成するために本発明は、スルホン酸化試薬K2SO3の場合は(ジメチルアセトアミド+水)、ホスホン酸化試薬LiPO(OR)2(Rは、C1〜C5のアルキル基又はフェニル基)の場合はジオキサンという特定の反応溶媒を選択し、該溶媒中にフラーレンとK2SO3又はLiPO(OR)2とを分散させ、常圧又は加圧下で、20〜200℃の反応温度を用いて10〜200時間反応させて、下記の部分構造を1〜12個含む化学修飾フラーレンを製造する方法において、原料のフラーレンがC60とC70の混合物を含むことを特徴とする製造方法である。
また、原料フラーレンに含まれるC60が50〜90%、C70が40〜10%、高次フラーレンが10%以下の範囲にある上記の製造方法も本発明である。
また、炭素棒を例えば抵抗加熱法,アーク放電法,レーザー法等で加熱して得られたススから有機溶媒で抽出した、C60とC70との混合物を含むフラーレンを原料に用いる上記の製造方法も本発明である。
また、炭素棒を例えば抵抗加熱法,アーク放電法,レーザー法等で加熱して得られたスス中のC60及びC70を含む混合フラーレンを、有機溶媒で抽出しないまま原料に使用する上記の製造方法も本発明である。
In addition, the above production method in which C 60 contained in the raw material fullerene is in the range of 50 to 90%, C 70 in the range of 40 to 10%, and higher order fullerene in the range of 10% or less is also the present invention.
Further, the carbon rod for example a resistance heating method, arc discharge method, and extracted with an organic solvent from soot obtained by heating by a laser method or the like, the above-described production using fullerenes containing mixtures of C 60 and C 70 as a raw material The method is also the present invention.
Further, the carbon rod for example a resistance heating method, arc discharge method, a mixed fullerene containing C 60 and C 70 in soot obtained by heating by a laser method or the like, the above-mentioned used as the raw material without extraction with an organic solvent The manufacturing method is also the present invention.
本発明の方法により、燃料電池用プロトン伝導膜を製造するのに有用な、スルホン酸基やホスホン酸基を有する化学修飾フラーレンを安価に製造することが可能になる。 The method of the present invention makes it possible to produce chemically modified fullerenes having a sulfonic acid group or a phosphonic acid group, which are useful for producing a proton conductive membrane for a fuel cell, at low cost.
本発明は、下記の部分構造を1〜12個含む化学修飾フラーレンを安価に製造する方法である。
この場合、スルホン酸基とホスホン酸基とが共存していても構わないし、プロトン伝導膜に化学修飾フラーレンを含有させる際に必要な不溶化を、ホスホン酸基の金属イオン架橋を用いて行えるので好ましい。架橋に用いられる多価金属イオンとしては、セリウムイオン,マンガンイオン,カルシウムイオン,白金イオン等があるが、膜を酸化劣化させるOHラジカルを除去する機能を持つセリウムイオン,マンガンイオンを使用することが好ましい。
官能基の総数は通常1〜12個の範囲にあるが、反応条件によっては更に大きくすることも可能である。上記の化学修飾フラーレンは、精製して官能基数が実質的に単一な化学修飾フラーレンでもよく、また官能基数が異なる化学修飾フラーレンの混合物でも構わない。
In this case, the sulfonic acid group and the phosphonic acid group may coexist, and the insolubilization necessary when the proton conducting membrane contains the chemically modified fullerene can be performed by using metal ion crosslinking of the phosphonic acid group. . The polyvalent metal ions used for crosslinking include cerium ions, manganese ions, calcium ions, platinum ions, etc., but it is possible to use cerium ions and manganese ions that have the function of removing OH radicals that cause oxidative degradation of the film. preferable.
The total number of functional groups is usually in the range of 1 to 12, but can be increased depending on the reaction conditions. The chemically modified fullerene may be a chemically modified fullerene having a substantially single functional group after purification, or a mixture of chemically modified fullerenes having different functional groups.
本発明においては、スルホン酸化試薬K2SO3の場合は(ジメチルアセトアミド+水)、ホスホン酸化試薬LiPO(OR)2(Rは、C1〜C5のアルキル基又はフェニル基)の場合はジオキサンという特定の反応溶媒を選択し、該溶媒中にフラーレンとK2SO3又はLiPO(OR)2とを分散させ、常圧又は加圧下で、20〜200℃の反応温度を用いて10〜200時間反応させ、得られた化学修飾フラーレンのホスホン酸エステル基を加水分解し、必要によりイオン交換を行って製造される。
この場合、原料としてC60,C70,C76,C78,C84等の、高速液体クロマトグラフィーで精製した単体フラーレンも使用可能である。しかし、本発明では、C60とC70との混合物を含むフラーレンを、高速液体クロマトグラフィーで分離操作を行わないまま原料に用いることが、製品の化学修飾フラーレンのコストダウンを実現できるので好ましい。一般に有機溶媒で抽出後の混合フラーレンの組成はC60が50〜90%、C70が40〜10%、高次フラーレンが10%以下の範囲にあり、この混合フラーレンを原料に用いることが特に好ましい。
なお、炭素棒を例えば抵抗加熱法,アーク放電法,レーザー法等で加熱して得られたススから有機溶媒で抽出した、C60とC70の混合物を含むフラーレンを原料に用いることで、製品の化学修飾フラーレンの大幅なコストダウンを実現できる。また、炭素棒を例えば抵抗加熱法,アーク放電法,レーザー法等で加熱して得られたスス中のC60及びC70を含む混合フラーレンを、有機溶媒で抽出しないまま反応原料に用いることで、上記の方法と比較して一層のコストダウンを図ることも可能である。
In the present invention, the sulfonating reagent K 2 SO 3 is (dimethylacetamide + water), and the phosphonating reagent LiPO (OR) 2 (R is a C 1 to C 5 alkyl group or phenyl group) is dioxane. The specific reaction solvent is selected, and fullerene and K 2 SO 3 or LiPO (OR) 2 are dispersed in the solvent, and the reaction temperature is 20 to 200 ° C. under normal pressure or pressure, and 10 to 200. It is produced by reacting for a period of time, hydrolyzing the phosphonate group of the chemically modified fullerene obtained, and performing ion exchange if necessary.
In this case, simple fullerenes purified by high performance liquid chromatography such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84 and the like can also be used as raw materials. However, in the present invention, the fullerene containing a mixture of C 60 and C 70, be used as a raw material without performing a separation operation by high performance liquid chromatography, it is possible to realize a cost reduction of chemical modification fullerene products preferred. Generally, the composition of the mixed fullerene after extraction with an organic solvent C 60 is 50 to 90% C 70 is 40 to 10%, in the range higher fullerenes less 10%, particularly the use of this mixture fullerene material preferable.
Incidentally, the carbon rod for example a resistance heating method, arc discharge method, and extracted with an organic solvent from soot obtained by heating by a laser method or the like, by using the fullerene containing a mixture of C 60 and C 70 as a raw material, product Can significantly reduce the cost of chemically modified fullerene. Further, the carbon rod for example a resistance heating method, arc discharge method, a mixed fullerene containing C 60 and C 70 in soot obtained by heating by a laser method or the like, by using the reaction materials without extraction with an organic solvent Further, it is possible to further reduce the cost as compared with the above method.
本発明において化学修飾フラーレンは、特定の有機溶媒を用いて、スルホン酸化試薬K2SO3又はホスホン酸化試薬LiPO(OR)2(Rは、C1〜C5のアルキル基又はフェニル基)と反応させることで製造することができる。反応は常圧又は加圧下で、50〜200℃の反応温度を用いて、通常10〜200時間行わせる。
本発明者の研究によれば、フラーレンとスルホン酸化試薬又はホスホン酸化試薬との反応結果は、使用する有機溶媒によって大きく異なることが、生成物の赤外吸収スペクトルを測定することで判明した。
In the present invention, the chemically modified fullerene reacts with a sulfonating reagent K 2 SO 3 or a phosphonating reagent LiPO (OR) 2 (R is a C 1 to C 5 alkyl group or phenyl group) using a specific organic solvent. Can be manufactured. The reaction is usually carried out for 10 to 200 hours at a normal pressure or under pressure, using a reaction temperature of 50 to 200 ° C.
According to the inventor's research, it has been found by measuring the infrared absorption spectrum of the product that the reaction result between the fullerene and the sulfonating reagent or phosphonating reagent varies greatly depending on the organic solvent used.
フラーレンとスルホン酸化試薬との反応結果を下表に示す。
表中の溶媒結合の場合は、反応溶媒に由来する有機化合物がフラーレンに結合するので、複雑なピークが赤外吸収スペクトルに現れ、単純なスペクトルを示す目的反応の生成物と容易に区別することができる。
ちなみに、DMFは(CH3)2NCOHであり、DMAcは(CH3)2NCOCH3で同じアミド系溶媒に属していて、両者の化学構造の差はわずかであるにもかかわらず、反応結果が全く異なることは驚くべき発見である。
The table below shows the reaction results of fullerene and a sulfonating reagent.
In the case of the solvent bond in the table, since the organic compound derived from the reaction solvent binds to the fullerene, a complex peak appears in the infrared absorption spectrum, and it can be easily distinguished from the product of the target reaction showing a simple spectrum. Can do.
By the way, DMF is (CH 3 ) 2 NCOH, DMAc is (CH 3 ) 2 NCOCH 3 and belongs to the same amide solvent. It is a surprising discovery that is quite different.
ここで、有機溶媒に水を添加する一つの理由は、スルホン酸化試薬の有機溶媒に対する溶解度を高めるためである。水を添加するもう一つの理由は、下式に示すように、反応時に生成するカルバニオンが、溶媒分子と結合する前に水からプロトンを引き抜いて安定化するためである。
本発明で使用するホスホン酸化試薬LiPO(OR)2(Rは、C1〜C5のアルキル基又はフェニル基)は、非プロトン系極性有機溶媒を用い、通常25〜100℃の条件で次の反応により調製される。
この中にフラーレンを入れてホスホン酸化反応を行うが、溶媒としてジメチルホルムアミドを用いると溶媒結合が生じるので、ジオキサンを用いる必要があることが生成物の赤外吸収スペクトル分析から判明した。
この場合、同じ環状エーテル系のテトラヒドロフランを使用することも可能であるが、沸点が低いため反応温度が低くなるので、ジオキサンを用いることが好ましい。
Phosphonation reaction is carried out by adding fullerene to this, but when dimethylformamide is used as a solvent, solvent bonding occurs, and it was found from the infrared absorption spectrum analysis of the product that dioxane must be used.
In this case, it is possible to use the same cyclic ether-based tetrahydrofuran, but it is preferable to use dioxane because the reaction temperature is lowered because the boiling point is low.
ホスホン酸化反応時に生成するカルバニオンは、ホスホン酸エステルのアルキル基又は溶媒のジオキサンからプロトンを引き抜いて安定化する。
特に、ホスホン酸エステルのエチル基は次の反応でプロトン引き抜き反応を生じやすく、反応時に生成するカルバニオンが溶媒と結合するのを防ぐのに有用である。
ホスホン酸化反応で得られたホスホン酸エステル基は、公知の方法でトリメチルシリルブロマイドと反応させてエステル交換を行った後、水を加えることで加水分解してホスホン酸基PO(OH)2に変換することができる。また、ホスホン酸エステル基の加水分解は、熱濃塩酸中で行うことも可能である。
また、前記の方法でホスホン酸エステル基を導入した後、上記のスルホン酸化反応を行い、ホスホン酸基とスルホン酸基とが共存している化学修飾フラーレンを合成することも可能である。この場合、反応順序を逆にして、最初にスルホン酸基を結合し、次いでホスホン酸エステル基を導入することも可能である。
The phosphonic acid ester group obtained by the phosphonation reaction is reacted with trimethylsilyl bromide by a known method for transesterification, and then hydrolyzed by adding water to convert it to the phosphonic acid group PO (OH) 2 . be able to. The hydrolysis of the phosphonic acid ester group can also be performed in hot concentrated hydrochloric acid.
It is also possible to synthesize a chemically modified fullerene in which a phosphonic acid group and a sulfonic acid group coexist by introducing the phosphonic acid ester group by the above-mentioned method and then performing the sulfonation reaction. In this case, it is also possible to reverse the reaction sequence and first attach the sulfonic acid group and then introduce the phosphonate ester group.
次に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
300mlの三口フラスコにジエチルホスファイトHPO(OEt)2 690mg、ジオキサン200mlを入れ、LiH 40mgを添加した。80℃で加熱撹拌するとH2が発生し、やがて溶液が透明になったので、C60が77%、C70が22%、高次フラーレンが1%の混合フラーレン(MTR社製、Fullerenes、C−60,C−70)を720mg加え、そのまま80℃で4日間加熱撹拌した。
反応終了後、溶媒を乾燥除去し、残渣を(エタノール+THF)で抽出した。固形分を濾別し、濾液の(エタノール+THF)を乾燥除去した後、KBrで赤外吸収スペクトルを測定したところ、2926cm−1にC2H5、1209cm−1にP=O、1043cm−1にP−O−Cの吸収が表れ、ホスホン酸エステル基PO(OEt)2が結合していることが確認された。
Diethyl phosphite HPO (OEt) 2 (690 mg) and dioxane (200 ml) were placed in a 300 ml three-necked flask, and LiH (40 mg) was added. When heated and stirred at 80 ° C., H 2 was generated and eventually the solution became transparent. Therefore, a mixed fullerene having a C 60 of 77%, a C 70 of 22% and a higher fullerene of 1% (MTR, Fullrenes, C −60, C-70) was added, and the mixture was stirred with heating at 80 ° C. for 4 days.
After completion of the reaction, the solvent was removed by drying, and the residue was extracted with (ethanol + THF). The solid was filtered off, after which the filtrate of the (ethanol + THF) was removed by drying, it was measured infrared absorption spectrum in KBr, C 2 H 5 to 2926cm -1, to 1209cm -1 P = O, 1043cm -1 P—O—C absorption was observed, and it was confirmed that the phosphonate ester group PO (OEt) 2 was bonded.
このホスホン酸エステル化混合フラーレン500mgにトリメチルシリルブロマイド1gを加えて室温で一晩エステル交換を行った後、水を加えて加水分解した。得られた生成物を乾燥後、KBrで赤外吸収スペクトルを測定したところ、C2H5の吸収は消失しており、3348cm−1にOH、1184cm−1にP=O、1074cm−1にP−O−Cの吸収が表れた。
得られたホスホン酸化混合フラーレンをICP−AESでP分析を行い、燃焼法でC,H,Oの元素分析を行ったところ、ホスホン酸基PO(OH)2とHが3〜4個程度結合していることが確認された。得られたホスホン酸化混合フラーレンの収率は、フラーレンベースでおよそ35%であった。
1 g of trimethylsilyl bromide was added to 500 mg of this phosphonate esterified mixed fullerene, and the ester exchange was carried out overnight at room temperature, followed by hydrolysis with water. After drying the obtained product was measured with infrared absorption spectrum in KBr, absorption of C 2 H 5 is lost, OH to 3348cm -1, to 1184cm -1 P = O, the 1074Cm -1 Absorption of PO-C appeared.
The obtained phosphonated mixed fullerene was subjected to P analysis by ICP-AES and subjected to elemental analysis of C, H, O by combustion method, and about 3 to 4 phosphonic acid groups PO (OH) 2 and H were bonded. It was confirmed that The yield of the resulting phosphonated mixed fullerene was approximately 35% on a fullerene basis.
50mlのビーカーに、上記で得られたホスホン酸化混合フラーレン500mgを水5mlに溶かした溶液を入れ、これに塩化セリウム7水和物CeCl3・7H2O 180mgを水10mlに溶かした溶液を加えて攪拌し、生じた沈殿をろ過後、洗浄・乾燥して、セリウムイオンで架橋されたホスホン酸化混合フラーレン400mgを得た。 A solution of 500 mg of the phosphonated mixed fullerene obtained above in 5 ml of water was placed in a 50 ml beaker, and a solution of 180 mg of cerium chloride heptahydrate CeCl 3 · 7H 2 O in 10 ml of water was added thereto. The resulting precipitate was filtered, washed and dried to obtain 400 mg of a phosphonated mixed fullerene crosslinked with cerium ions.
(比較例1)
実施例1において、ジオキサンの代わりにジメチルホルムアミドを用いて同様に操作し、生成物の赤外吸収スペクトルを測定したところ、多くのピークが現れ、溶媒のジメチルホルムアミドが結合していることが確認された。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the same operation was performed using dimethylformamide instead of dioxane, and the infrared absorption spectrum of the product was measured. As a result, many peaks appeared and it was confirmed that the solvent dimethylformamide was bound. It was.
50mlのビーカーに、5%Nafion溶液(アルドリッチ社製、EW=1100)を20g入れ、実施例1で得られたセリウムイオン架橋ホスホン酸化混合フラーレン400mgを添加した。ホモジナイザーで30分間撹拌後、得られた分散液を100ミクロンのガラス繊維不織布(日本バイリーン社製)上に刷毛を用いて塗布し、間隙に含浸させた。この操作を10回繰り返した後、100℃で乾燥させてプロトン伝導膜を得た。
該膜を水に一晩浸漬し、ICP−AESを用いてP分析値の変化を測定したが、浸漬前後で差はなく、ホスホン酸化混合フラーレンは溶出していないことが確認された。
20 g of a 5% Nafion solution (Aldrich, EW = 1100) was placed in a 50 ml beaker, and 400 mg of the cerium ion crosslinked phosphonated mixed fullerene obtained in Example 1 was added. After stirring for 30 minutes with a homogenizer, the obtained dispersion was applied onto a 100-micron glass fiber nonwoven fabric (manufactured by Nippon Vileen Co., Ltd.) using a brush and impregnated in the gaps. This operation was repeated 10 times and then dried at 100 ° C. to obtain a proton conducting membrane.
The membrane was immersed in water overnight, and the change in the P analysis value was measured using ICP-AES. There was no difference between before and after the immersion, and it was confirmed that the phosphonated mixed fullerene was not eluted.
300mlの三口フラスコに、C60が77%、C70が22%、高次フラーレンが1%の混合フラーレン(MTR社製、Fullerenes、C−60,C−70)720mgとジメチルアセトアミド200mlを入れた。ここに亜硫酸カリウムK2SO3 790mgを水10mlに溶かして添加した後、80℃で4日間加熱撹拌した。
反応終了後、溶媒を乾燥除去して残渣をエタノールで抽出した。固形分を濾別し、濾液のエタノールを乾燥除去した後、赤外吸収スペクトルをKBrを用いて測定したところ、1117cm−1にSO2伸縮、619cm−1にCS伸縮のピークが表れた。また、ICP−AES(誘導結合プラズマ原子発光スペクトル法)によりS、K分析を行い、燃焼法でC,H,Oの元素分析を行った結果、スルホン酸基SO3KとHが4〜5個程度結合していることが確認された。得られたスルホン酸化混合フラーレンの収率は、フラーレンベースでおよそ30%であった。
Three-necked flask 300 ml, C 60 is 77% C 70 22%, higher fullerenes 1% mixed fullerenes (MTR Co., Fullerenes, C-60, C -70) was charged 720mg dimethylacetamide 200ml . 790 mg of potassium sulfite K 2 SO 3 was dissolved in 10 ml of water and added thereto, followed by heating and stirring at 80 ° C. for 4 days.
After completion of the reaction, the solvent was removed by drying and the residue was extracted with ethanol. The solid was filtered off, after which the filtrate ethanol was removed by drying, The infrared absorption spectrum was measured using a KBr, SO 2 stretch the 1117Cm -1, appeared peaks of CS stretch to 619cm -1. In addition, as a result of performing S, K analysis by ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) and elemental analysis of C, H, O by combustion method, sulfonic acid groups SO 3 K and H are 4-5. It was confirmed that about one was connected. The yield of the resulting sulfonated mixed fullerene was approximately 30% on a fullerene basis.
上記のスルホン酸化混合フラーレンを原料として、実施例1と同様な操作を行ったところ、赤外吸収スペクトルにはスルホン酸基とホスホン酸基の吸収が表れ、両者が共存していることが確認された。ICP−AESでP分析を行ったところ、ホスホン酸基は2個程度結合していると推定された。
50mlのビーカーに、上記で得られた(ホスホン酸化+スルホン酸化)混合フラーレン500mgを水5mlに溶かした溶液を入れ、これに硝酸マンガン6水和物150mgを水10mlに溶かした溶液を加えて攪拌し、生じた沈殿をろ過後、洗浄・乾燥して、マンガンイオンで架橋された(ホスホン酸化+スルホン酸化)混合フラーレンを得た。
When the same operation as in Example 1 was performed using the above sulfonated mixed fullerene as a raw material, absorption of sulfonic acid groups and phosphonic acid groups appeared in the infrared absorption spectrum, and it was confirmed that both coexisted. It was. When P analysis was performed by ICP-AES, it was estimated that about two phosphonic acid groups were bonded.
In a 50 ml beaker, the solution obtained by dissolving 500 mg (phosphonated + sulfonated) mixed fullerene obtained above in 5 ml water was added, and a solution obtained by dissolving 150 mg manganese nitrate hexahydrate in 10 ml water was added and stirred. The resulting precipitate was filtered, washed and dried to obtain a mixed fullerene (phosphonated + sulfonated) crosslinked with manganese ions.
(比較例2)
実施例3において、ジメチルアセトアミドの代わりにジメチルホルムアミドを用いて同様に操作し、生成物の赤外吸収スペクトルを測定したところ、多くのピークが現れ、溶媒のジメチルホルムアミドが結合していることが確認された。
(Comparative Example 2)
In Example 3, the same operation was carried out using dimethylformamide instead of dimethylacetamide, and the infrared absorption spectrum of the product was measured. As a result, many peaks appeared and it was confirmed that the solvent dimethylformamide was bound. It was done.
実施例2において、セリウムイオン架橋ホスホン酸化混合フラーレンの代わりに、実施例3で得られたマンガンイオン架橋(ホスホン酸化+スルホン酸化)混合フラーレンを用いて同様に操作し、マンガンイオンを含むプロトン伝導膜を得た。 In Example 2, instead of the cerium ion cross-linked phosphonated mixed fullerene, the same operation was performed using the manganese ion cross-linked (phosphonated + sulfonated) mixed fullerene obtained in Example 3, and the proton conducting membrane containing manganese ions was used. Got.
実施例1において、抵抗加熱法で得られたC60とC70の混合フラーレンを含むススを原料に用いて同様な操作を行い、ホスホン酸化混合フラーレンを得た。 In Example 1, the soot containing a mixed fullerene of C 60 and C 70 obtained by the resistance heating method was treated in the same manner by using a raw material, to obtain a phosphonated mixed fullerenes.
Claims (4)
原料のフラーレンがC60とC70の混合物を含むことを特徴とする製造方法。
Production method the raw material of fullerene characterized in that it comprises a mixture of C 60 and C 70.
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