2010 Fiscal Year Annual Research Report
イオン交換樹脂を原料とした新規機能性ナノ炭素材料「カーボンナノスフィア」の合成
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22656181
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三浦 孝一 京都大学, 工学研究科, 教授 (40111942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河瀬 元明 京都大学, 工学研究科, 教授 (60231271)
蘆田 隆一 京都大学, 工学研究科, 助教 (80402965)
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| Keywords | ナノカーボン / イオン交換樹脂 / 金属ナノ粒子 / カーボンナノスフィア / 高表面積 / 迅速昇温 |
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| Research Abstract |
カーボンナノチューブなどのナノ構造炭素は、炭素電極のアーク放電や炭化水素ガスのCVD等の気相反応プロセスで合成されている例が多いが、本研究では、固体であるイオン交換樹脂を原料とし、触媒金属イオンをイオン交換で高濃度・高分散担持させてから熱処理することによって新規なナノ構造炭素を合成することを目指している。本年度は、様々な樹脂や金属を原料に用いて得られる炭素の構造を調べ、特異な構造を有するナノ構造炭素を製造できるかどうかを検討した。スルホン酸基を有する強酸性陽イオン交換樹脂(SK)、カルボキシル基を有する弱酸性陽イオン交換樹脂(WK)に、Ni^<2+>、Fe^<2+>、Cu^<2+>、Co^<2+>をそれぞれイオン交換した後、75～150μmに粉砕した樹脂を気流層型熱分解装置により1100℃で熱分解した。この装置では迅速に試料を昇温(約800℃/s)することができる。WKにFe^<2+>、Cu^<2+>、Co^<2+>をイオン交換担持し熱分解を行った場合、直径が50～100nmほどのカーボンプラツクが生成したが、Ni^<2+>を担持したWKからは、直径3～5nmの一様な球形かつ中空状の特徴的なナノ構造炭素が生成した。また、SKにNi^<2+>を担持した試料では、形や大きさにややばらつきのある球形、中空のナノ構造炭素が確認された。SKにCu^<2+>を担持した試料では、特徴的な構造は見られなかったが、Fe^<2+>を担持した試料では、Ni^<2+>を担持したWKから得られたナノ構造炭素に比べ小さい、2～3nmの楕円体形の中空構造を有するナノ構造炭素を確認できた。このように原料樹脂種や担持する金属種によって、単位構造の大きさや形の異なるナノ構造炭素を製造できることがわかった。また、これらのナノ構造炭素はいずれも、1000m^2/g前後の大きいBET表面積を有しており、様々な用途に活用できる可能性が示唆された。
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