2004 Fiscal Year Annual Research Report
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14350429
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
鈴木 俊光 関西大学, 工学部, 教授 (70026045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池永 直樹 関西大学, 工学部, 助教授 (20232209)
安藤 寿浩 (独)物質・材料研究機構, 物質研究所, 主幹研究員 (80343846)
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| Keywords | ダイヤモンド / メタン / エタン / ニッケル / パラジウム / 透過電子顕微鏡 / 炭素繊維 / カーボンナノチューブ |
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| Research Abstract |
炭化水素変換においてNiなどの触媒の表面に副反応として繊維状の炭素が析出することは知られている。昨年度までにNi-ダイヤモンド触媒を用いて炭素繊維の析出について検討を行ったが、今年度は透過型電子顕微鏡(TEM)により繊維状炭素の構造観察を行い、カーボンナノチューブ複合材料生成条件を詳細に検討した。
ダイヤモンドを担体とし、Ni, Pdを担持した触媒上に、メタンやエタンなどの種々の炭素源から触媒の前処理条件、炭素析出条件を変化させ種々の炭素繊維を得た。Ni触媒では反応温度の上昇に伴い炭素生成量は増加し、550℃で最大の炭素析出量を与えるが、650℃では全く炭素が生成しなくなった。この原因は、詳細なTEM観察により、炭化水素の分解は高温ほど速やかに進行するが、生成した炭素が、Ni粒子内を拡散し、分解面の反対側に再び炭素を析出する速度が炭素生成速度より小さくなり、Ni表面にグラファイト層が成長し、炭化水素の分解が止まるためであることを見いだした。
Pdを担持した触媒上では、600〜700℃付近ではNi触媒よりも細い10nmの炭素繊維が成長するが、800℃では反応初期に生成した細い繊維が融合し、130nmにもおよぶ太い繊維になることを明らかにした。炭素繊維の太さはダイヤモンド担体上の金属粒子径に依存し、Ni, Pdともに2-10nmの金属が分散しているが、Pdの方が小さい粒子の割合が多く細い繊維が多かった。また、金属粒子とダイヤモンドの接触角より炭素繊維中のグラファイトの配向が決まることが明らかになった。
これらの成果は、カーボンナノチユーブを高効率で製造するための極めて重要な知見である。
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