2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of single-walled carbon nanotube synthesis technology using carbon source gas modified with catalyst
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17K14091
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
松本 尚之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20772669)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 触媒反応 / 触媒改質 / 合成効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンナノチューブ（CNT）の中でも単層CNT（SWCNT）の実用化を促進するためには、高い合成効率を実現するCNT合成技術が必須となる。昨年度までに我々は鉄触媒をスパッタした金属メッシュをCNT合成炉の上流に設置することでSWCNTの合成効率が2倍程度向上することを見出した。しかし、鉄触媒スパッタしたメッシュを繰り返し用いてSWCNT合成すると、鉄触媒の活性が徐々に低下し、それにともないSWCNTの合成効率も低下した。
実用化の段階で問題となる、この触媒メッシュを再利用性できない問題は、鉄触媒メッシュを高温で加熱することが原因であると考え、本年度は、鉄触媒に比べて低温で触媒活性を示す白金（Pt）触媒をスパッタした金属メッシュを用いてSWCNTの合成効率を検証した。
Pt触媒をスパッタした金属メッシュを用いた場合のSWCNTの収量および長さはPt触媒を用いない場合と比較してともに3倍程度向上した。CNTの特性に直結するCNTの品質（結晶性）の指標となる、ラマンスペクトルのG-bandとD-bandの比（G/D比）は、Pt触媒を用いても変化しなかった。また、透過型電子顕微鏡（TEM）観察からは、Pt触媒を用いて合成したCNTはPt触媒を用いない場合と同様にSWCNTであることを認めた。さらに、このPt触媒メッシュを用いてCNT合成を5回以上繰り返しても、合成効率は低下しなかった。これらの結果から、Pt触媒（を塗工したメッシュ）を用いることで、特性や構造を変化させずにSWCNT合成効率が向上するだけでなく、触媒（メッシュ）の再利用性も確保できることが明らかになった。本課題で得られた研究成果は、現在のSWCNT生産において課題である生産効率の問題を解決し、SWCNTの低コスト化の実現やそれによる用途開発の拡大や促進につながり、CNT産業の底上げに貢献すると考えている。
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