研究概要 |
従来報告されている単層カーボンナノチューブによる水素吸蔵量の実験データは極めて大きくばらつくが,その最大の原因は,高純度かつ多量な単層カーボンナノチューブの入手が容易でない点にある.そこで,昨年度までのレーザー・オーブンカーボンナノチューブ生成装置を改良し,より大量かつ高純度の単層カーボンナノチューブの生成が期待される触媒CVD法による単層炭素ナノチューブの生成を試みた.生成された試料に対して,ラマン散乱分光,走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、熱重量分析によって検討した.この結果,Fe/Co微粒子をゼオライトに担持し,電気炉の高温雰囲気化で炭素源となるアルコールと反応させて,従来にない高純度かつ低温での単層カーボンナノチューブの合成に成功した.また,このような反応のメカニズム解明を目指して,金属クラスターとアルコールとの化学反応をFT-ICR質量分析装置にて検討した.さらに,分子動力学法シミュレーションによって,金属クラスターと炭素源が反応し,単層カーボンナノチューブの前駆体となるキャップ構造が形成する過程を検討した. 一方,単層炭素ナノチューブによる水素吸蔵特性に関しては,単層炭素ナノチューブのバンドル(7本)などの様々な幾何学形状のナノチューブと水素分子を含む系での分子動力学法シミュレーションによって,物理吸着によって可能な水素吸着量の見積もりを試みた.この結果,単層炭素ナノチューブ,多層カーボンナノチューブ,ナノホーンによる水素吸蔵量は液体窒素温度77Kにおいては,米国エネルギー省(DOE)が自動車用燃料電池の水素吸蔵材料の目標として掲げる重量密度6.5wt%程度の値を達成できるが,常温においては,1wt%以下と極めて低くなってしまうことが明らかとなった.
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