2022 Fiscal Year Research-status Report
炭素および珪素系繊維基材へのナノカーボン構造体の創製とその応用
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22K04704
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| Research Institution | Teikyo University of Science & Technology |
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Principal Investigator |
山際 清史 帝京科学大学, 生命環境学部, 講師 (20711443)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / ナノカーボン / ナノ粒子 / 繊維 / 電極 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、カーボンナノチューブ（CNT）をはじめとするナノカーボンの合成基材として、繊維基材に着目をし、繊維基材であることにより発現する特異的なナノカーボン集合体や自立膜の創製の可能性を見出すこと、また種々の応用を見据えたナノカーボン/繊維基材の複合材料の作製を、CVD法および独自の液相合成プロセスによって試みる。
令和4年度は特に、CVD法による種々のステンレス線材（ステンレス微細メッシュやステンレスフィルターなど）へのCNT合成と、液相合成プロセスによる新規“ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製とその電極としての特性評価を中心に研究が進められた。CVD法によるステンレス線材へのCNT合成では、線材の繊維径（表面曲率）がCNTの生成密度や配向成長に与える影響と、合成前の基材の表面処理がCNTの生成密度と配向性に与える効果を検討した。主に電子顕微鏡（走査型および透過型）による形態観察により、評価を行った。液相合成プロセスによる“ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製については、合成条件を最適化する過程でその生成機構の考察を進めた。また合成溶液に予め白金錯体を溶解させておくことで“Pt担持ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製を試みた。ナノ構造体やナノ粒子について電子顕微鏡により形態観察をし、電子顕微鏡に備え付けの蛍光X線分析装置によりナノ粒子の組成分析を行った。また燃料電池電極としての応用も見据え、基材ごと電極（作用極）に用い、電気化学的特性として特にそのメタノール酸化特性を評価した。
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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
CVD法による種々のステンレス線材へのCNT合成の検討では、ステンレス平面基板系との結果比較も含めて、線材であることによりCNTの生成が促進されること、および線材の繊維径がCNTの生成密度と配向性に影響することが示された。特に、適度な表面曲率がCNTの生成に関わる触媒ナノ粒子の形成を促進することが示唆されている。また基材に予め適切な条件でスパッタエッチング処理を施すことでCNTの生成密度と配向性が向上する効果を見出しており、今後はCNT/ステンレス線材として電極材料やフィルター材料としての応用展開を想定している。
液相合成プロセスによる新規“ひだ状ナノ構造体”の合成については、特に合成溶液に予め白金錯体を溶解させておくことで“Pt担持ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製を試みた。合成後の電子顕微鏡観察から、炭素繊維表面には特徴的なひだ状構造を有する“ひだ状ナノ構造体”と共に、多量のナノ粒子の形成が確認された。詳しい観察と分析から、平均粒径～10 nmの金属ナノ粒子が形成し、これらの粒子が確かにPtナノ粒子であることが確認された。基材ごと電極に用い、メタノールを含む硫酸中においてその電気化学的なメタノール酸化特性を評価したところ、ひだ状構造の構築と同時に表面に生成したPt粒子が、メタノール酸化触媒として、有効に機能する興味深い知見が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
種々の繊維基材へのCVD法および独自の液相プロセスによるナノカーボン合成を通し、基材の素材（組成）や形状、表面構造がナノカーボン生成や複合材料としての特性に与える効果についての統一的な見解を提案する。
特に炭素繊維基材系では、ナノカーボン/炭素繊維複合材料としての用途を念頭に、応用を検討する。電極としての電気化学特性の評価をメインに、ナノカーボンの生成による表面積の増大や、燃料電池電極およびバイオセンサ電極としての適用を見据えた特性評価や、その耐久性の評価を実施する。CVD法によるCNT/炭素繊維と独自の液相合成プロセスによるナノカーボン/炭素繊維の電極特性を比較することで、炭素のナノ構造と電気化学特性の関係についての新たな知見を見出し、提案する。また、珪素系繊維および珪素と炭素を両方含む炭化珪素繊維へのナノカーボン合成の研究も、並行して展開したい。
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| Causes of Carryover |
（理由）
実験試薬や基材等の消耗品の消費量が、当初の想定と比較して少量であったため、その分の差額が生じた。
（使用計画）
令和5年度分として請求した助成金と合わせ、実験試薬等の消耗品および機器・備品の購入を計画している。
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Research Products
(3 results)
