名城大、世界初の液相法での単層カーボンナノチューブの合成成功

2024年8月5日 07:48

発表日：2024年8月1日

名城大学理工学部応用化学科の丸山隆浩教授らのグループが、液体のエタノール中で単層カーボンナノチューブを作り出す方法を開発しました。この画期的な成果により、高額な装置を使わずに単層カーボンナノチューブを大量合成できる可能性が高まり、様々な応用展開の加速が期待されます❗️

この研究成果は、2024年6月19日にドイツ化学会の国際誌「Journal of Nanoparticle Research」に掲載されました。

研究のポイント

カーボンナノチューブ（CNT）についてはこちらの記事で詳しく説明しているので、ご存じない方はこちらから読んでみて下さい👇

現在、カーボンナノチューブの作製には、化学気相成長法（CVD法）が主流となっています。この方法は大量生産に適していますが、高額な装置が必要です。

一方、液相合成法は安価な装置でカーボンナノチューブを合成できますが、これまでは主に多層カーボンナノチューブが生成され、単層カーボンナノチューブの作製は困難でした。今回の研究では、ナノサイズの触媒金属粒子を用いて、液相合成法による単層カーボンナノチューブの作製に挑戦しました。

研究グループは、気相合成に用いられるものと同等の粒径数ナノメートルのCo（コバルト）およびIr（イリジウム）ナノ粒子を触媒として使用しました。

これらの触媒粒子をSiO2/Si基板に堆積させ、基板を通電加熱することで、常温の液体エタノール中（C2H6O）で触媒周辺のみを高温に保ちました。実験中はエタノールの蒸発を抑えるため、還流冷却器を取り付け、容器全体を氷水で冷やしながら行いました。

その結果、Co触媒を用いて加熱温度700℃で、繊維状の単層カーボンナノチューブが絡まり合った状態で基板上に生成されました。生成された単層カーボンナノチューブの結晶性は良好で、気相合成に匹敵するものもありました。

さらに、Ir触媒を用いた場合、Co触媒に比べて生成量は少ないものの、直径1ナノメートル以下の細径の単層カーボンナノチューブを得ることができました。

この研究により、簡便な装置のみを用いた液相合成法で、結晶性の良好な単層カーボンナノチューブを生成できることが明らかになりました。

今後、触媒金属種や合成に用いる炭素原料液体の種類を工夫することで、液相合成法による単層カーボンナノチューブの大量合成を安価に実現できる可能性が高まります。

これにより、単層カーボンナノチューブの応用研究や産業利用が加速することが期待されます🚀

今後、触媒や原料液体の最適化により、さらなる発展が見込まれるこの画期的な研究成果により、単層カーボンナノチューブの製造コストが大幅に削減され、様々な分野での応用が加速することが期待されます。

エレクトロニクス、エネルギー、医療など、幅広い産業分野に革新をもたらす可能性を秘めた、非常に興味深い研究結果と言えるでしょう。

単層カーボンナノチューブ（SWCNT）：炭素原子のみから成る円筒状の物質で、1層から成るもの。直径は1～数ナノメートル程度。高い導電性・熱伝導性を持ち、次世代のエレクトロニクス材料として期待されている。
化学気相成長（CVD）法：粒径数ナノメートルの金属触媒粒子を炭素原料ガスと高温で反応させ、カーボンナノチューブを合成する手法。
液相合成法：エタノールなどの有機溶媒中で触媒を加熱することによりカーボンナノチューブを得る手法。

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