2013 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界流体プラズマを用いた二酸化炭素変換による光学機能性ナノグラフェン合成
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25701013
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80583351)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマ / 超臨界流体 / グラフェン |
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| Research Abstract |
本研究では、最終廃棄物であるCO2の還元による再資源化を目的とし、超臨界流体プラズマを用いて、CO2を原料とした、太陽電池に資する光学機能性半導体ナノグラフェンの合成システムを構築する。
目標生成物を、次世代機能性炭素材料であるナノグラフェンとし、超臨界流体、及び、プラズマのアシストにより、CO2からのナノグラフェンへの高速変換プロセスを実現する。さらに抽出プロセスを組み合わせ、再生可能エネルギーデバイスであるである太陽電池材料に資する、1eV以上のワイドギャップを有する半導体型ナノグラフェンの単離を達成する。本成果は、持続可能社会におけるゼロエミッションの実現・カーボンエレクトロニクスの発展に貢献するものである。
本研究では、超臨界流体プラズマによる二酸化炭素からのナノグラフェン合成とバンドギャップによるナノグラフェンの分離・抽出を目的としており、本年度はセファクリルゲルカラムを用いたナノカーボン分離システムの作製を中心に行った。分離抽出対象は、既報にあるカーボンナノチューブと、グラファイト系材料より作製したナノグラフェンとした。Raman分光法による解析の結果、本ナノカーボン分離システムによるカーボンナノチューブのカイラリティによる分離が既報と同様に可能であることが示された。ナノグラフェンにおいては、分離操作に対する、分散液中グラフェン密度、界面活性剤濃度の最適化に取り組んでいる。また、超臨界流体プラズマリアクターの詳細な設計条件を検討し、リアクターの製作を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、交付申請時の計画通り、ナノカーボン分離システムの構築と、超臨界流体プラズマリアクターの設計・製作を完了したため、順調に推移していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度に作製した超臨界流体プラズマリアクターを用いて、「1. 超臨界流体プラズマによるナノグラファイト合成」に着手する。具体的には、超臨界流体二酸化炭素中でパルス電圧印可によりプラズマを発生させ、雰囲気二酸化炭素からのナノグラファイト作製を行う。
プラズマの安定発生条件の最適化を行った後、超臨界二酸化炭素中に触媒金属微粒子を分散させ、触媒金属微粒子表面においてプラズマで生成されたカーボン励起種の堆積によるナノグラファイト合成を行う。材料合成では、プラズマ反応場の制御が重要であり、CO2からのナノグラファイト作製の場合、雰囲気温度、励起種密度・成長時間の制御が肝要であり、それぞれパルス電力投入時間、電力密度、流速により制御する。前者２つに関しては、発光分光測定によるin situモニタリングを並行して行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
リアクタ設計の検討をより綿密に行い、実験系の最適化を行うために、科研費申請当初の研究計画の順序を一部変更し、in situモニタリングに必要な光学系の導入を次年度とすることにした。この計画変更に対し、柔軟な研究費の執行を可能とする基金分の一部を次年度に繰り越すことで対応する。
in situモニタリング光学系の設計と構築に使用する。
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