有機物を高機能カーボンへ―分子構造から読み解く炭素化の設計原理―

2026-08-20 岡山大学,京都大学,科学技術振興機構

岡山大学と京都大学の研究グループは、フェノール樹脂のモデル分子「ピラーアレーン」を用い、分子に付加する官能基の違いによって、炭素化の反応経路と生成するカーボン材料の構造・機能を制御できることを明らかにした。同じ分子骨格から、元の形を保った多孔質カーボン、段階的に融合した層状カーボン、いったん溶融・再構成された層状カーボンなど、異なる構造を作り分けられることを確認。生成物はガス吸着性や電気伝導性にも違いを示した。経験則に依存しがちだった有機物の炭素化を、分子構造から設計するための原理を示した点が特徴である。今後はフェノール樹脂、ピッチ、リグニン、廃プラスチックなど未利用有機資源を、高機能な吸着材や導電材へ転換する資源循環技術への応用が期待される。

有機物を高機能カーボンへ―分子構造から読み解く炭素化の設計原理―
図1. ポリマーの炭素化の例

<関連情報>

ピラー[5]アレーンの分岐炭化により、多孔質および層状炭素構造が生成される Divergent Carbonization of Pillar[5]Arenes Produces Porous and Lamellar Carbon Architectures

Tan-Hao Shi, Chenyi Ma, Kentaro Ohkura, Riki Kato, Tsubasa Hatanaka, Shoma Hori, Hiroo Suzuki, Shunsuke Ohtani, Kenichi Kato, Yuta Nishina, Tomoki Ogoshi
Small  Published: 19 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.75161

ABSTRACT

Carbonization of organic precursors is widely used to produce carbon materials. However, the morphology and properties of the resulting carbons remain difficult to predict and control owing to complex pyrolytic reactions. Here, by using pillar[5]arenes as a structurally defined macrocyclic platform, we show that their peripheral functionality regulates carbonization in three distinct pathways, early-stage fixation, progressive coalescence, and melt-assisted reconstruction, providing microporous frameworks and fused lamellar carbons. Modulating the precursor aggregation further tunes the morphology at the micrometer scale. These pathway-defined architectures result in distinct functions, with microporous carbons favoring gas adsorption and lamellar carbons enabling electrical transport in exfoliated sheets. This work links the macrocyclic structure to the carbonization pathway and resulting properties, providing design guidance for converting molecular precursors into functional carbon materials.

0502有機化学製品
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