Elucidating adsorption standard isotherm of nanomaterials with carbon nanotubes as the model material

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04901
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 小橋 和文 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 (60586288)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 吸着等温線 / 基準物質 / 平坦性 / 相対圧 / 表面組成 / 比表面積 / 細孔

Outline of Annual Research Achievements

3年目（R2年度）の最終年度は、ナノ材料モデル物質としてCNTを研究対象とし、CNTに適したN2ガス吸着の基準物質の検討を引き続き行った。1年目に得られた極低圧領域での表面平坦性の知見と共に、2年目に得た表面組成の知見を活用して種々カーボン材料の評価を行った。また、CNT集合体（バンドル）へのN2吸着サイト知見も照らし合わせて、実用化研究で検討されているCNT膜、糸、バルク等の成形体の構造解析を進めることができた。今年度の具体的な研究内容を記す。
表面の平坦性と組成に関する知見に基づき、CNTに適した基準物質を種々のカーボン材料（活性炭、活性炭素繊維、CB、黒鉛、メソポーラスカーボン、カーボンナノホーン、CNT）の中から検討した。表面組成としてO含有官能基濃度が高い活性炭、活性炭素繊維とその他のカーボン材料（CNT含む）に分類ができた。一方、表面平坦性に関してはカーボン粒子単体の外部表面へのN2単層の形成が起きる相対圧10-4～10-2での吸着カーブを中心に評価を行った。また、さらに低圧でのN2吸着サイトについても評価できた。これらの知見を鑑みると、表面官能基の少ないas-grown CNTに適した基準物質には、表面平坦性が高く官能基の少ない多層CNTのVGCFやGraphitized CBが好ましいことが分かった。ただし、表面改質したCNTや官能基導入処理を行ったCNTには、さらなる検討が必要であることが分かった。
学術論文での成果公表として、現在、単層CNTバンドルN2吸着サイトの解明（interstitial channelへのN2吸着を実験的に解明）について投稿中である。また、種々カーボン材料のN2吸着、CNT膜構造解析に関する論文を執筆しており学会発表を予定している。