2021 Fiscal Year Annual Research Report
Operando EXAFS study on growth mechanism of carbon nanotube
| Project/Area Number |
19H02563
|
|---|
| Research Institution | Meijo University |
|---|
Principal Investigator |
丸山 隆浩 名城大学, 理工学部, 教授 (30282338)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
才田 隆広 名城大学, 理工学部, 准教授 (90710905)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | カーボンナノチューブ / EXAFS / 触媒 / CVD |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の構造制御に向けた知見を得るため，触媒粒子からのSWCNT生成メカニズムの解明を目的とする。本目的を達成するため，拡張X線吸収微細構造（EXAFS）スペクトルのオペランド測定システムを構築し，本システムを用いて様々な金属種の触媒粒子に対し，SWCNT生成中の状態（粒径，結晶状態，炭素固溶状態）を解明するため，実験を進めている。
本年度は昨年度に引き続き，放射光実験施設あいちシンクロトロン光センターにおいて，FeおよびCo触媒を用いて，エタノールを原料ガスとする化学気相成長（CVD）法によるSWCNT成長を行い，成長過程における触媒粒子の化学結合状態をオペランドEXAFS測定により調べた。両触媒に対し，SWCNT成長に最も適した800℃を成長温度として，実験を行った。特に，キャリアガスに用いるAr中に水素や酸素を微量添加したときの触媒粒子の化学結合状態への影響について分析を行った。その結果，通常の予想とは異なり，Co触媒の場合，酸素添加により触媒粒子の還元を抑制したほうが，SWCNTの生成量が増加することがわかった。また，SWCNT成長中は，キャリアガスの成分に関わらず，Co触媒は炭化状態をとるが，SWCNT成長中にCo触媒粒子の化学結合状態が変化し，さらにキャリアガスにより変化の過程が異なる結果となった。一方，Fe触媒の場合，キャリアガス中に水素を添加した場合に成長量が増加した。また，SWCNT成長中，Fe触媒は金属状態から変化し，炭化状態となっていることを示唆する結果が得られた。以上から，FeとCo触媒では，SWCNT成長に適した触媒粒子の化学結合状態が異なると考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
エタノールを原料ガスとする化学気相成長（CVD）法によるSWCNT成長を行い，成長過程における触媒粒子の化学結合状態をオペランドEXAFS測定により調べた。FeおよびCo触媒粒子に対し，Arキャリアガス中に水素および酸素を微量添加したときの触媒粒子の化学結合状態の変化，ならびに，SWCNT成長量への影響を明らかにすることができた。また，キャリアガスの成分に関わらず，一般的な成長温度である800℃でSWCNT成長が進行する際，Co触媒の場合，触媒粒子は炭化状態となっていることがわかった。Fe触媒に関しても同様の実験を進め，EXAFS測定を行い，現在，Fe触媒の化学結合状態に関して解析中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
FeおよびCo触媒に対する，SWCNT成長中のオペランドEXAFS測定を引き続き行う。特に，最適成長温度である800℃より低い温度でSWCNT成長を行った場合の触媒粒子の化学結合状態について，オペランドEXAFS測定を行い，明らかにする。さらに，同じ鉄族元素であるNiや，白金族元素であるIrを触媒に用いても同様の実験を行い，SWCNT成長中の触媒粒子の化学結合状態を明らかにし，SWCNTの成長量や構造に与える影響について考察する。
|
