Operando EXAFS study on growth mechanism of carbon nanotube

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02563
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: MARUYAMA TAKAHIRO 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 / XAFS / EXAFS / 触媒 / CVD

Outline of Final Research Achievements

We performed operando extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analysis for metal catalysts during single-walled carbon nanotube (SWCNT) growth by alcohol catalytic chemical vapor deposition (ACCVD). We used iron-group elements (Fe, Co, Ni) and platinum-group elements (Ir, Pt) as catalysts for operand EXAFS analysis. Our result showed that iron-group elements were carbonized, while platinum-group elements were kept metallic during SWCNT growth. In addition, carbonization progressed in order of Fe, Co and Ni.Our results showed that behavior of metal nanoparticles in carbonization is different from their bulk state.

Free Research Field

ナノ材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノ材料として注目されている単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の生成中の触媒粒子の化学状態を，X線吸収分光（XAFS）法を用いて明らかにすることに成功した。SWCNTの作製手法は確立しているが，その生成過程に関しては，未だ不明な点が多く，本研究の成果はSWCNTの実用化に向けて大きな意義があるといえる。また，本研究の結果は高温かつ原料ガス雰囲気下の金属ナノ粒子の化学結合状態がバルク状態とは異なることを示しており，ナノサイズの物質の物性研究において学術的にも重要な成果が得られている。今後のナノ材料の研究の発展に寄与することが期待される。