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2004 年度 実績報告書

カーボンナノチューブの合成メカニズムと吸着特性に対する触媒機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16360397
研究種目

基盤研究(B)

研究機関筑波大学

研究代表者

中村 潤児  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教授 (40227905)

研究分担者 木島 正志  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (70177822)
松石 清人  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教授 (10202318)
鈴木 修吾  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教授 (90241794)
キーワードカーボンナノチューブ / 水素吸蔵 / 燃料電池 / 表面化学 / 走査トンネル顕微鏡 / 電極触媒 / グラファイト / 触媒化学
研究概要

カーボンナノチューブ(以下CNTと略す)の生成過程、水素吸蔵、燃料電池電極触媒、CNTやグラファイトの表面化学に関する研究を行った。炭素表面の化学修飾に必須の情報である。実験として、CNT合成では、常圧流通式反応器を用い、メタンを反応ガスに用いた。触媒には、Ni/Mo/MgO、Fe/Mo/MgOおよびCo/Mo/MgOなどを用いた。CNTによる水素吸蔵では、CNTを硝酸および酸素などで酸化処理後、欠陥を導入し、Pd触媒を担持した。燃料電池電極触媒では、PtおよびMo_2C触媒を欠陥導入後にCNTに担持した。また、HOPG表面での酸素など小分子の吸着や表面反応については超高真空STM装置およびXPS装置を用いて行った。はじめにCNT合成の結果であるが、Ni/Mo/MgO触媒やCo/Mo/MgOなどMgOを担体とし、Moを含む触媒を用いたところ、メタンから3-15層のCNTが合成され、触媒組成を変えることによって層数や外径を制御することができた。CNT合成中ではMoは炭化物になっている。NiやCoはメタンを解離する役割を果たすと考えている。燃料電池電極触媒の研究では、Ptを担持したCNTを用いてアノードおよびカソードの電極触媒をつくり、その燃料電池を評価したところ、Pt/カーボンブラックを上回る性能が得られた。その理由として、i)導電性の増加、ii)三相界面の有効な形成、iii)ガスや水の拡散速度の向上などが考えられる。Mo_2C/CNT電極触媒も作動することを確認した。水素吸蔵の研究では、PdをCNTに担持し、常圧の水素を用いて、スピルオーバー効果により欠陥部位に原子状水素を吸蔵させることに成功した。最大で4wt%吸蔵できた。しかし、脱離温度が600K以上と高いため、これを低下させる必要がある。赤外分光法により水素はCH_2またはCH_3の状態で吸蔵されていることがわかった。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件)

  • [雑誌論文] Atomic hydrogen storage in carbon nanotubes promoted by metal catalysts2005

    • 著者名/発表者名
      劉 銀珠(E.Yoo)
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys 122

      ページ: 44707-40713

  • [雑誌論文] Reduction of Pt usage in fuel cell electrocatalysts with carbon nanotube electrodes2004

    • 著者名/発表者名
      松本健俊
    • 雑誌名

      Chem.Commu.

      ページ: 840-841

  • [雑誌論文] Efficient usage of highly despersed Pt on carbon nanotubes for electrode catalysts of polymer electrolyte fuel cells2004

    • 著者名/発表者名
      松本健俊
    • 雑誌名

      Catalysis Today 90

      ページ: 277-281

  • [雑誌論文] ステップエッジと触媒活性-Ni(111)上でのH_2SおよびCOの解離2004

    • 著者名/発表者名
      北田暁彦
    • 雑誌名

      表面科学 25

      ページ: 580-585

  • [雑誌論文] Cluster and periodic DFT calculations of adsorption and activation of CO_2 on the Cu(hkl) surfaces2004

    • 著者名/発表者名
      王 貴昌(Gui Chang Wang)
    • 雑誌名

      Surface Science 570

      ページ: 205-217

  • [雑誌論文] Function and structure of Mo/Ni/MgO catalysts for the synthesis of thin carbon nanotubes

    • 著者名/発表者名
      L.Zhou
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B (in press)

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公開日: 2006-07-12   更新日: 2016-04-21  

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