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本研究では、メソ孔が規則的に配列した多孔質シリカであるメソポーラスシリカを利用して、1)鋳型炭素化法、2)触媒化学気相蒸着法(CCVD法)の2つの方法によりカーボンナノチューブなどのナノメートルオーダーで規則正しい構造を持つカーボンナノマテリアルの合成を行った。
得られた成果は下記の通りである。
●直径20nm以上のメソポーラスシリカ鋳型を用いると、鋳型炭素化法により多層カーボンナノチューブが作成可能であることがわかった。
●生成した多層カーボンナノチューブの壁構造を高分解能透過電子顕微鏡により観察したところ、壁の多くはアモルファスカーボンにより構築されることがわかった。
●メソ孔径の小さなメソポーラスシリカを鋳型に用いると、カーボンナノシートあるいはナノロッドが生成することが明らかとなった。
●真空含浸法、イオン交換法の2つの方法によりメソポーラスシリカのメソ孔に金属触媒の導入を行った。
●上述の触媒微粒子存在下で種々の炭化水素ガス(プロピレン、アセチレン、メタン)の熱分解CVDを行い、カーボンナノチューブを合成した。生成したカーボンナノチューブの確認は透過型電子顕微鏡により行った。また、キャリアガスには窒素およびアルゴンガスを使用した。
●生成したカーボンナノチューブのみを選択的に取り出すために過酸化水素水処理などを用いた精製処理を行った。
●非常に限られた条件下では、単層カーボンナノチューブの合成が可能であることがわかった。また、単層カーボンナノチューブのバンドル幅は、ほぼ鋳型シリカのメソ孔径に対応することがわかった。
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