2020 Fiscal Year Annual Research Report
CVD Technique for Homogeneous Deposition of Metal Oxide Nanoparticles by Controlling Gas Diffusion
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18K04820
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岩村 振一郎 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10706873)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 反応プロセス / ナノ材料 / エネルギーデバイス / 炭素材料 / 化学気相析出法 / 光触媒 / ナノ粒子担持 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らは多孔質炭素材料中にTiO2ナノ粒子を均一に担持する技術である減圧液パルス化学気相蒸着（VLP-CVD）法の開発に成功している。令和元年度までの検討により、TiO2ナノ粒子を担持できる細孔サイズの範囲の拡大、および装置の改良による担持効率の向上に成功した。令和2年度は、VLP-CVD法のスケールアップ性や担持物質の多様化に向けた検討を行った。
従来は縦型の管状炉の中心部に1 cmほどの高さまで担体粉末を充填しており、Ti源であるチタニウムテトライソプロポキシドを一度に50μLずつ導入した場合のTi担持効率は4.7%であった。VLP-CVD法のスケールアップ性を検討するために、電気炉の均一加熱領域限界である10 cmの高さまで担体粒子を充填した試料作製を行った。この結果、充填した試料の上部や下部に関わらず、TiO2は担体全体に均一に担持されており、Ti源の導入量が同じ場合の担持効率は47%と大幅に向上していた。この結果よりVLP-CVD法は担体粒子間に瞬時に原料が行き渡るという特徴から担体充填量の担持状態への影響は小さく、スケールアップ性が高いことが明らかとなった。このため、さらに大型な反応器と加熱炉を用いた場合でも高効率で均一な担持が可能であることが期待できる。
VLP-CVD法の特徴は原料ガスの流動と拡散による効果であるため、金属源物質を変更しても同様な微小なナノ粒子の均一担持効果が得られることが期待できる。そこで、液パルスで導入する原料をスズイソプロポキシドとして同様の実験を行った。この結果、マクロ孔性炭素の細孔内に約6 nmのSnO2ナノ粒子の均一な担持に成功した。以上より、金属源の揮発性や分解性に応じた反応温度など実験条件の最適化を行う事で、本プロセスはさまざまな金属系ナノ粒子の担持に活用できる可能性が明らかとなった。
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