JP2003081616A - 単層カーボンナノチューブの精製方法 - Google Patents
単層カーボンナノチューブの精製方法Info
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- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
- Y10S977/844—Growth by vaporization or dissociation of carbon source using a high-energy heat source, e.g. electric arc, laser, plasma, e-beam
Abstract
(57)【要約】
【課題】金属触媒を除去して高純度の単層カーボンナノ
チューブを得ることができる精製方法を提供する。 【解決手段】金属触媒２を用いて製造された単層カーボ
ンナノチューブ１を酸化処理する第１の酸化処理工程
と、単層カーボンナノチューブ１を酸溶液中で還流処理
する第１の還流処理工程と、単層カーボンナノチューブ
１を再度酸化処理する第２の酸化処理工程と、単層カー
ボンナノチューブ１を再度酸溶液中で還流処理する第２
の還流処理工程とを備える。単層ナノチューブ１は、金
属触媒２を含む炭素電極を用いアーク放電により合成さ
れる。炭素電極は、Ｎｉ，Ｙ，Ｔｉからなる金属触媒を
含む。第１の酸化処理工程は、３５０〜６００℃の範囲
の温度で加熱するか、過酸化水素水中で湿式酸化処理す
る。第１の還流処理工程は、硝酸中で還流処理する。第
２の酸化処理は過酸化水素水中で湿式酸化処理する。第
２の還流処理工程は、塩酸中で還流処理する。
チューブを得ることができる精製方法を提供する。 【解決手段】金属触媒２を用いて製造された単層カーボ
ンナノチューブ１を酸化処理する第１の酸化処理工程
と、単層カーボンナノチューブ１を酸溶液中で還流処理
する第１の還流処理工程と、単層カーボンナノチューブ
１を再度酸化処理する第２の酸化処理工程と、単層カー
ボンナノチューブ１を再度酸溶液中で還流処理する第２
の還流処理工程とを備える。単層ナノチューブ１は、金
属触媒２を含む炭素電極を用いアーク放電により合成さ
れる。炭素電極は、Ｎｉ，Ｙ，Ｔｉからなる金属触媒を
含む。第１の酸化処理工程は、３５０〜６００℃の範囲
の温度で加熱するか、過酸化水素水中で湿式酸化処理す
る。第１の還流処理工程は、硝酸中で還流処理する。第
２の酸化処理は過酸化水素水中で湿式酸化処理する。第
２の還流処理工程は、塩酸中で還流処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単層カーボンナノ
チューブの精製方法に関するものである。
チューブの精製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】単層カーボンナノチューブは、ナノメー
トルオーダーという特殊な構造を備える。単層カーボン
ナノチューブは、その特殊な構造に由来する機械的性
質、構造的性質により、１次元細線、触媒、冷陰極素
子、水素貯蔵物質等の種々の用途に応用が期待されてい
る。
トルオーダーという特殊な構造を備える。単層カーボン
ナノチューブは、その特殊な構造に由来する機械的性
質、構造的性質により、１次元細線、触媒、冷陰極素
子、水素貯蔵物質等の種々の用途に応用が期待されてい
る。
【０００３】前記単層カーボンナノチューブは、例え
ば、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体中、線状に形成
した金属触媒を埋設した炭素電極を用いて、該炭素電極
間でアーク放電を行わせることにより製造することがで
きる。前記のようにして製造するときには、金属触媒の
粒子から前記単層ナノチューブが線状に成長する。そし
て、前記金属触媒の粒子の周囲に黒鉛質の炭素層が球状
に多層に形成され、さらに前記炭素層の周囲にアモルフ
ァス炭素が形成される。
ば、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体中、線状に形成
した金属触媒を埋設した炭素電極を用いて、該炭素電極
間でアーク放電を行わせることにより製造することがで
きる。前記のようにして製造するときには、金属触媒の
粒子から前記単層ナノチューブが線状に成長する。そし
て、前記金属触媒の粒子の周囲に黒鉛質の炭素層が球状
に多層に形成され、さらに前記炭素層の周囲にアモルフ
ァス炭素が形成される。
【０００４】この結果、得られた単層ナノチューブは、
不純物として、前記黒鉛質の炭素層と、アモルファス炭
素と、金属触媒とを含んでいる。ところが、前記単層ナ
ノチューブは、前記金属触媒の粒子を含んでいると、冷
陰極素子、水素貯蔵物質等の用途に用いる場合に良好に
作動しないとの問題がある。そこで、前記金属触媒の粒
子を除去する必要がある。
不純物として、前記黒鉛質の炭素層と、アモルファス炭
素と、金属触媒とを含んでいる。ところが、前記単層ナ
ノチューブは、前記金属触媒の粒子を含んでいると、冷
陰極素子、水素貯蔵物質等の用途に用いる場合に良好に
作動しないとの問題がある。そこで、前記金属触媒の粒
子を除去する必要がある。
【０００５】前記のようにして単層カーボンナノチュー
ブを製造するときには、ＮｉとＹとからなる金属触媒が
広く用いられている。しかし、ＮｉとＹとからなる金属
触媒は、前記単層カーボンナノチューブ中に残留したと
きに、粒子径が２０〜１００ｎｍと大きくなり除去しに
くい。また、前記金属触媒は、粒子径が前記のように広
い範囲に分布しており、均一に処理することが難しい。
そこで、前記金属触媒の粒子を除去するために、例え
ば、前記不純物を含む単層カーボンナノチューブを硝酸
中で還流処理することが考えられる。
ブを製造するときには、ＮｉとＹとからなる金属触媒が
広く用いられている。しかし、ＮｉとＹとからなる金属
触媒は、前記単層カーボンナノチューブ中に残留したと
きに、粒子径が２０〜１００ｎｍと大きくなり除去しに
くい。また、前記金属触媒は、粒子径が前記のように広
い範囲に分布しており、均一に処理することが難しい。
そこで、前記金属触媒の粒子を除去するために、例え
ば、前記不純物を含む単層カーボンナノチューブを硝酸
中で還流処理することが考えられる。
【０００６】しかしながら、前記不純物を含む単層カー
ボンナノチューブを直ちに硝酸中で還流処理したので
は、前記金属触媒が黒鉛質の炭素層に覆われているため
に除去効率が低く、十分に除去するには長時間を要す
る。このため、前記単層カーボンナノチューブが変質す
る虞がある。また、前記還流処理によっては、前記金属
触媒の周囲に多層に形成される黒鉛質の炭素層を十分に
除去することができない。このため、前記単層カーボン
ナノチューブの純度が低くなるとの不都合がある。
ボンナノチューブを直ちに硝酸中で還流処理したので
は、前記金属触媒が黒鉛質の炭素層に覆われているため
に除去効率が低く、十分に除去するには長時間を要す
る。このため、前記単層カーボンナノチューブが変質す
る虞がある。また、前記還流処理によっては、前記金属
触媒の周囲に多層に形成される黒鉛質の炭素層を十分に
除去することができない。このため、前記単層カーボン
ナノチューブの純度が低くなるとの不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、金属触媒等の不純物を除去して高純度の
単層カーボンナノチューブを得ることができる精製方法
を提供することを目的とする。
合を解消して、金属触媒等の不純物を除去して高純度の
単層カーボンナノチューブを得ることができる精製方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の精製方法は、金属触媒を用いて製造され
た単層カーボンナノチューブの精製方法において、不純
物を含む単層カーボンナノチューブを酸化処理する第１
の酸化処理工程と、該第１の酸化処理が施された単層カ
ーボンナノチューブを酸溶液中で還流処理する第１の還
流処理工程と、該第１の還流処理が施された単層カーボ
ンナノチューブを再度酸化処理する第２の酸化処理工程
と、該第２の酸化処理が施された単層カーボンナノチュ
ーブを再度酸溶液中で還流処理する第２の還流処理工程
とを備えることを特徴とする。
めに、本発明の精製方法は、金属触媒を用いて製造され
た単層カーボンナノチューブの精製方法において、不純
物を含む単層カーボンナノチューブを酸化処理する第１
の酸化処理工程と、該第１の酸化処理が施された単層カ
ーボンナノチューブを酸溶液中で還流処理する第１の還
流処理工程と、該第１の還流処理が施された単層カーボ
ンナノチューブを再度酸化処理する第２の酸化処理工程
と、該第２の酸化処理が施された単層カーボンナノチュ
ーブを再度酸溶液中で還流処理する第２の還流処理工程
とを備えることを特徴とする。
【０００９】本発明によれば、まず、金属触媒を用いて
製造された不純物を含む単層カーボンナノチューブを酸
化処理する第１の酸化処理を行う。このとき、前記単層
カーボンナノチューブには、単層カーボンナノチューブ
以外の炭素質として、多層に形成された黒鉛質の炭素層
と、アモルファス炭素とが含まれている。前記炭素質の
中では、前記黒鉛質の炭素層が、最も酸化速度が遅く、
除去されにくいとされている。
製造された不純物を含む単層カーボンナノチューブを酸
化処理する第１の酸化処理を行う。このとき、前記単層
カーボンナノチューブには、単層カーボンナノチューブ
以外の炭素質として、多層に形成された黒鉛質の炭素層
と、アモルファス炭素とが含まれている。前記炭素質の
中では、前記黒鉛質の炭素層が、最も酸化速度が遅く、
除去されにくいとされている。
【００１０】ところが、前記第１の酸化処理では、前記
単層カーボンナノチューブに含まれている金属触媒が前
記炭素質に対する酸化触媒として作用するので、前記黒
鉛質の炭素層が優先的に酸化されて除去される。この結
果、黒鉛質の炭素層が除去されて、前記金属触媒が露出
される。また、同時に、前記アモルファス炭素の一部も
除去される。
単層カーボンナノチューブに含まれている金属触媒が前
記炭素質に対する酸化触媒として作用するので、前記黒
鉛質の炭素層が優先的に酸化されて除去される。この結
果、黒鉛質の炭素層が除去されて、前記金属触媒が露出
される。また、同時に、前記アモルファス炭素の一部も
除去される。
【００１１】次に、前記第１の酸化処理が施されること
により金属触媒が露出された前記単層カーボンナノチュ
ーブを酸溶液中で還流処理する第１の還流処理を行う。
すると、前記第１の酸化処理により露出された金属触媒
の大部分を容易に除去することができる。しかし、前記
第１の還流処理では、前記第１の酸化処理で残存してい
るアモルファス炭素は除去されない。
により金属触媒が露出された前記単層カーボンナノチュ
ーブを酸溶液中で還流処理する第１の還流処理を行う。
すると、前記第１の酸化処理により露出された金属触媒
の大部分を容易に除去することができる。しかし、前記
第１の還流処理では、前記第１の酸化処理で残存してい
るアモルファス炭素は除去されない。
【００１２】そこで、次に、前記第１の還流処理が施さ
れた単層カーボンナノチューブを再度酸化処理する第２
の酸化処理を行う。前記第２の酸化処理では、前記金属
触媒が酸化触媒として作用すると、前記単層カーボンナ
ノチューブとアモルファス炭素とが競争的に酸化され
て、前記単層カーボンナノチューブの収率が低減するこ
とが懸念される。
れた単層カーボンナノチューブを再度酸化処理する第２
の酸化処理を行う。前記第２の酸化処理では、前記金属
触媒が酸化触媒として作用すると、前記単層カーボンナ
ノチューブとアモルファス炭素とが競争的に酸化され
て、前記単層カーボンナノチューブの収率が低減するこ
とが懸念される。
【００１３】しかし、前記金属触媒は前記第１の還流処
理により大部分が除去されている。そこで、前記第２の
酸化処理では、前記単層カーボンナノチューブの収率を
低減することなく、前記アモルファス炭素を優先的に酸
化させて、該アモルファス炭素を実質的に除去すること
ができる。
理により大部分が除去されている。そこで、前記第２の
酸化処理では、前記単層カーボンナノチューブの収率を
低減することなく、前記アモルファス炭素を優先的に酸
化させて、該アモルファス炭素を実質的に除去すること
ができる。
【００１４】そして、次に、前記第２の酸化処理が施さ
れることによりアモルファス炭素が実質的に除去された
単層カーボンナノチューブを再度酸溶液中で還流処理す
る第２の還流処理を行う。この結果、残余の金属触媒を
実質的に除去することができ、高純度の単層カーボンナ
ノチューブを得ることができる。
れることによりアモルファス炭素が実質的に除去された
単層カーボンナノチューブを再度酸溶液中で還流処理す
る第２の還流処理を行う。この結果、残余の金属触媒を
実質的に除去することができ、高純度の単層カーボンナ
ノチューブを得ることができる。
【００１５】本発明の精製方法は、例えば、前記金属触
媒を含む炭素電極を用いるアーク放電により合成された
単層ナノチューブに適用することができる。前記金属触
媒は、ＮｉとＹとからなるものであってもよいが、さら
にＴｉを含むことが好ましい。ＮｉとＹとＴｉとからな
る金属触媒を用いると、単層カーボンナノチューブに含
まれる金属触媒の粒子径が２０ｎｍ程度と小さく、しか
も粒子径分布の狭いものとすることができる。また、金
属触媒の粒子の周囲に形成される黒鉛質の炭素層が薄く
なり、容易に除去可能なものとすることができる。
媒を含む炭素電極を用いるアーク放電により合成された
単層ナノチューブに適用することができる。前記金属触
媒は、ＮｉとＹとからなるものであってもよいが、さら
にＴｉを含むことが好ましい。ＮｉとＹとＴｉとからな
る金属触媒を用いると、単層カーボンナノチューブに含
まれる金属触媒の粒子径が２０ｎｍ程度と小さく、しか
も粒子径分布の狭いものとすることができる。また、金
属触媒の粒子の周囲に形成される黒鉛質の炭素層が薄く
なり、容易に除去可能なものとすることができる。
【００１６】前記第１の酸化処理工程は、前記不純物を
含む単層カーボンナノチューブを気相中で３５０〜６０
０℃の範囲の温度で加熱することにより行う。前記酸化
処理の温度が３５０℃未満では、前記黒鉛質の炭素層の
燃焼速度が極めて遅く、処理に長時間を要する。また、
前記酸化処理の温度が６００℃を超えると、前記黒鉛質
の炭素層、アモルファス炭素と共に、前記単層カーボン
ナノチューブが燃焼し、収率が低減する。さらに、前記
金属触媒がＮｉとＹとＴｉとからなるときには、前記酸
化処理の温度が６００℃を超えるとＴｉが酸化されて、
極めて除去が困難なＴｉＯ2を生成する。
含む単層カーボンナノチューブを気相中で３５０〜６０
０℃の範囲の温度で加熱することにより行う。前記酸化
処理の温度が３５０℃未満では、前記黒鉛質の炭素層の
燃焼速度が極めて遅く、処理に長時間を要する。また、
前記酸化処理の温度が６００℃を超えると、前記黒鉛質
の炭素層、アモルファス炭素と共に、前記単層カーボン
ナノチューブが燃焼し、収率が低減する。さらに、前記
金属触媒がＮｉとＹとＴｉとからなるときには、前記酸
化処理の温度が６００℃を超えるとＴｉが酸化されて、
極めて除去が困難なＴｉＯ2を生成する。
【００１７】また、前記第１の酸化処理工程は、不純物
を含む単層カーボンナノチューブを、６０〜１２０℃の
範囲の温度の過酸化水素水中で還流処理する湿式酸化処
理により行うようにしてもよい。前記過酸化水素の温度
が６０℃未満では反応が遅く、１２０℃を超えると蒸発
が多くなるという不都合がある。
を含む単層カーボンナノチューブを、６０〜１２０℃の
範囲の温度の過酸化水素水中で還流処理する湿式酸化処
理により行うようにしてもよい。前記過酸化水素の温度
が６０℃未満では反応が遅く、１２０℃を超えると蒸発
が多くなるという不都合がある。
【００１８】前記第１の還流処理工程は、前記第１の酸
化処理が施された単層カーボンナノチューブを硝酸中で
還流処理することにより行う。硝酸は酸化力を有する酸
であるので、前記金属触媒が完全に露出されていないと
きにも、周囲の黒鉛質の炭素層を酸化して除去すること
ができる。この結果、露出された前記金属触媒を溶解
し、該金属触媒を効率よく除去することができる。
化処理が施された単層カーボンナノチューブを硝酸中で
還流処理することにより行う。硝酸は酸化力を有する酸
であるので、前記金属触媒が完全に露出されていないと
きにも、周囲の黒鉛質の炭素層を酸化して除去すること
ができる。この結果、露出された前記金属触媒を溶解
し、該金属触媒を効率よく除去することができる。
【００１９】また、前記第２の酸化処理工程は、前記第
１の還流処理が施された単層カーボンナノチューブを、
第１の酸化処理工程と同一にして気相中で３５０〜６０
０℃の範囲の温度で加熱することにより行ってもよい。
しかし、前記範囲の温度で２回加熱すると、単層カーボ
ンナノチューブが変質したり、収量が低減する虞があ
る。そこで、前記第２の酸化処理工程は、より穏和な条
件とすることが好ましく、例えば、６０〜１００℃の範
囲の温度に加熱された過酸化水素水中で還流処理する湿
式酸化処理等により行う。
１の還流処理が施された単層カーボンナノチューブを、
第１の酸化処理工程と同一にして気相中で３５０〜６０
０℃の範囲の温度で加熱することにより行ってもよい。
しかし、前記範囲の温度で２回加熱すると、単層カーボ
ンナノチューブが変質したり、収量が低減する虞があ
る。そこで、前記第２の酸化処理工程は、より穏和な条
件とすることが好ましく、例えば、６０〜１００℃の範
囲の温度に加熱された過酸化水素水中で還流処理する湿
式酸化処理等により行う。
【００２０】また、前記第２の還流処理工程は、前記単
層カーボンナノチューブを塩酸中で還流処理することに
より行う。塩酸は酸化力が無い酸であるので、前記単層
カーボンナノチューブを酸化することがなく、前記第１
の還流処理工程で完全に除去されなかった残余の金属触
媒を実質的に除去することができる。
層カーボンナノチューブを塩酸中で還流処理することに
より行う。塩酸は酸化力が無い酸であるので、前記単層
カーボンナノチューブを酸化することがなく、前記第１
の還流処理工程で完全に除去されなかった残余の金属触
媒を実質的に除去することができる。
【００２１】この結果、本発明の精製方法によれば、高
純度の単層カーボンナノチューブを高収率で得ることが
できる。
純度の単層カーボンナノチューブを高収率で得ることが
できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の精製方法の各段階における単層カーボ
ンナノチューブの状態を模式的に示す説明図であり、図
２は本実施形態の精製方法を施す前の単層カーボンナノ
チューブの電子顕微鏡写真の模写図であり、図３は本実
施形態の精製方法を施した後の単層カーボンナノチュー
ブの電子顕微鏡写真の模写図である。
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の精製方法の各段階における単層カーボ
ンナノチューブの状態を模式的に示す説明図であり、図
２は本実施形態の精製方法を施す前の単層カーボンナノ
チューブの電子顕微鏡写真の模写図であり、図３は本実
施形態の精製方法を施した後の単層カーボンナノチュー
ブの電子顕微鏡写真の模写図である。
【００２３】本実施形態では、まず、Ｎｉ：Ｙ：Ｔｉ：
黒鉛＝２：２：２：９４の原子比率で混合した炭素電極
を用い、０．０５５ＭＰａのヘリウム雰囲気下、電流１
００Ａ、電圧３０Ｖでアーク放電を行った。そして、単
層カーボンナノチューブを高密度に含む煤を回収した。
黒鉛＝２：２：２：９４の原子比率で混合した炭素電極
を用い、０．０５５ＭＰａのヘリウム雰囲気下、電流１
００Ａ、電圧３０Ｖでアーク放電を行った。そして、単
層カーボンナノチューブを高密度に含む煤を回収した。
【００２４】図１（ａ）に示すように、前記煤に含まれ
る単層カーボンナノチューブ１は、金属触媒２から線状
に成長している。金属触媒２の周囲には黒鉛質の炭素層
が球状に多層に積層したマルチシェルカーボン３が形成
されている。また、マルチシェルカーボン３の周囲に
は、さらにアモルファスカーボン４が形成されている。
る単層カーボンナノチューブ１は、金属触媒２から線状
に成長している。金属触媒２の周囲には黒鉛質の炭素層
が球状に多層に積層したマルチシェルカーボン３が形成
されている。また、マルチシェルカーボン３の周囲に
は、さらにアモルファスカーボン４が形成されている。
【００２５】図１（ａ）の単層カーボンナノチューブ１
の状態を、図２に電子顕微鏡写真の模写図として示す。
尚、図２では、金属触媒２はマルチシェルカーボン３に
覆われているために、見ることができない。
の状態を、図２に電子顕微鏡写真の模写図として示す。
尚、図２では、金属触媒２はマルチシェルカーボン３に
覆われているために、見ることができない。
【００２６】次に、前記煤を４００ｍｇ秤量して、２０
０ｍｌの三角フラスコに入れ、５００℃に加熱した加熱
炉中に１時間保持して大気中で酸化する第１の酸化処理
工程を行った。前記酸化処理工程の後、前記三角フラス
コを前記加熱炉から取り出して空冷し、２２０ｍｇの煤
を回収した。
０ｍｌの三角フラスコに入れ、５００℃に加熱した加熱
炉中に１時間保持して大気中で酸化する第１の酸化処理
工程を行った。前記酸化処理工程の後、前記三角フラス
コを前記加熱炉から取り出して空冷し、２２０ｍｇの煤
を回収した。
【００２７】前記第１の酸化処理工程を施した煤は、図
１（ｂ）に示すように、マルチシェルカーボン３が除去
されて金属触媒２が露出し、アモルファスカーボン４の
一部が除去されている。
１（ｂ）に示すように、マルチシェルカーボン３が除去
されて金属触媒２が露出し、アモルファスカーボン４の
一部が除去されている。
【００２８】次に、前記第１の酸化処理工程を施した煤
を、３Ｍ硝酸１００ｍｌに投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１６時間還流する第１の還流処理工程を行っ
た。前記還流処理工程後、還流液を冷却して、孔径５μ
ｍの濾紙で前記煤を濾別し、３００ｍｌ以上の蒸留水で
洗浄した。洗浄した煤を７０℃に加熱したホットプレー
トを用いて大気中で乾燥し、１４０ｍｇの煤を回収し
た。
を、３Ｍ硝酸１００ｍｌに投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１６時間還流する第１の還流処理工程を行っ
た。前記還流処理工程後、還流液を冷却して、孔径５μ
ｍの濾紙で前記煤を濾別し、３００ｍｌ以上の蒸留水で
洗浄した。洗浄した煤を７０℃に加熱したホットプレー
トを用いて大気中で乾燥し、１４０ｍｇの煤を回収し
た。
【００２９】前記第１の還流処理工程を施した煤は、図
１（ｃ）に示すように、金属触媒２の大部分が硝酸に溶
解されて除去されていた。前記煤に含まれる残余の金属
触媒２は、実質的にＴｉからなるものであった。
１（ｃ）に示すように、金属触媒２の大部分が硝酸に溶
解されて除去されていた。前記煤に含まれる残余の金属
触媒２は、実質的にＴｉからなるものであった。
【００３０】次に、前記第１の還流処理工程を施した煤
を蒸留水９０ｍｌ中に投入し、１０〜３０分間超音波を
照射して均一に分散させたのち、３５％過酸化水素水２
１０ｍｌと混合した。そして、前記煤を投入した蒸留水
と過酸化水素水との混合物を８０℃に加熱したオイルバ
ス中で２４時間還流する湿式酸化処理により第２の酸化
処理工程を行った。尚、前記オイルバスの温度は６０〜
１００℃の範囲内で適宜設定することができる。
を蒸留水９０ｍｌ中に投入し、１０〜３０分間超音波を
照射して均一に分散させたのち、３５％過酸化水素水２
１０ｍｌと混合した。そして、前記煤を投入した蒸留水
と過酸化水素水との混合物を８０℃に加熱したオイルバ
ス中で２４時間還流する湿式酸化処理により第２の酸化
処理工程を行った。尚、前記オイルバスの温度は６０〜
１００℃の範囲内で適宜設定することができる。
【００３１】前記第２の酸化処理工程後、還流液を冷却
して、孔径０．２〜０．５μｍの濾紙で前記煤を濾別
し、３００ｍｌ以上の蒸留水で洗浄した。洗浄した煤を
７０℃に加熱したホットプレートを用いて大気中で乾燥
し、８０ｍｇの煤を回収した。
して、孔径０．２〜０．５μｍの濾紙で前記煤を濾別
し、３００ｍｌ以上の蒸留水で洗浄した。洗浄した煤を
７０℃に加熱したホットプレートを用いて大気中で乾燥
し、８０ｍｇの煤を回収した。
【００３２】前記第２の酸化処理工程が施された煤は、
図１（ｄ）に示すように、アモルファスカーボン４が除
去され、単層カーボンナノチューブ１と、前記第１の還
流処理工程で除去されなかった金属触媒２とが残ってい
る。
図１（ｄ）に示すように、アモルファスカーボン４が除
去され、単層カーボンナノチューブ１と、前記第１の還
流処理工程で除去されなかった金属触媒２とが残ってい
る。
【００３３】次に、前記第２の酸化処理工程を施した煤
を９６％塩酸８０ｍｌ中に投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１２時間還流する第２の還流処理工程を行っ
た。前記第２の還流処理工程後、還流液を冷却して、孔
径５μｍの濾紙で前記煤を濾別し、３００ｍｌ以上の蒸
留水で洗浄した。洗浄した煤を７０℃に加熱したホット
プレートを用いて大気中で乾燥し、７０ｍｇの単層カー
ボンナノチューブ１を回収した。
を９６％塩酸８０ｍｌ中に投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１２時間還流する第２の還流処理工程を行っ
た。前記第２の還流処理工程後、還流液を冷却して、孔
径５μｍの濾紙で前記煤を濾別し、３００ｍｌ以上の蒸
留水で洗浄した。洗浄した煤を７０℃に加熱したホット
プレートを用いて大気中で乾燥し、７０ｍｇの単層カー
ボンナノチューブ１を回収した。
【００３４】前記第２の還流処理工程の結果、図１
（ｅ）に示すように、前記第１の還流処理工程で除去さ
れなかった金属触媒２が除去され、高純度の単層カーボ
ンナノチューブ１が得られた。
（ｅ）に示すように、前記第１の還流処理工程で除去さ
れなかった金属触媒２が除去され、高純度の単層カーボ
ンナノチューブ１が得られた。
【００３５】図１（ｅ）の単層カーボンナノチューブ１
の状態を、図３に電子顕微鏡写真の模写図として示す。
図３から、本実施例の精製方法によれば、不純物として
の金属触媒２と、マルチシェルカーボン３と、アモルフ
ァスカーボン４とが除去され、高純度の単層カーボンナ
ノチューブ１を得ることができることが明らかである。
の状態を、図３に電子顕微鏡写真の模写図として示す。
図３から、本実施例の精製方法によれば、不純物として
の金属触媒２と、マルチシェルカーボン３と、アモルフ
ァスカーボン４とが除去され、高純度の単層カーボンナ
ノチューブ１を得ることができることが明らかである。
【００３６】尚、本実施形態では、前記第２の酸化処理
工程を湿式酸化処理により行っているが、前記第１の還
流処理工程が施された煤を気相中で３５０〜６００℃の
範囲の温度で加熱するようにしてもよい。
工程を湿式酸化処理により行っているが、前記第１の還
流処理工程が施された煤を気相中で３５０〜６００℃の
範囲の温度で加熱するようにしてもよい。
【００３７】次に、第２の実施形態について説明する。
【００３８】本実施形態では、まず、前述の実施例と同
一にして得られた煤を１ｇと、蒸留水１００ｍｌとを、
耐圧ポットに入れて密封した。次に、前記ポットを２０
０℃のオーブン中に入れ、３時間保持した後、オーブン
から取り出して室温まで放冷した。前記ポットから取り
出した前記煤と蒸留水とに、さらに蒸留水１００ｍｌを
加え、マグネチックスターラーにて３０分間撹拌した
後、５分間超音波を照射して、前記煤が水中に均一に分
散した煤分散液を調製した。
一にして得られた煤を１ｇと、蒸留水１００ｍｌとを、
耐圧ポットに入れて密封した。次に、前記ポットを２０
０℃のオーブン中に入れ、３時間保持した後、オーブン
から取り出して室温まで放冷した。前記ポットから取り
出した前記煤と蒸留水とに、さらに蒸留水１００ｍｌを
加え、マグネチックスターラーにて３０分間撹拌した
後、５分間超音波を照射して、前記煤が水中に均一に分
散した煤分散液を調製した。
【００３９】次に、前記煤分散液に、３０％過酸化水素
水４００ｍｌを加え、１２０℃の温度で、２４時間還流
する湿式酸化処理により、第１の酸化処理工程を行っ
た。前記酸化処理工程の後、孔径５μｍの濾紙で前記煤
を濾別し、蒸留水３００ｍｌで洗浄した。
水４００ｍｌを加え、１２０℃の温度で、２４時間還流
する湿式酸化処理により、第１の酸化処理工程を行っ
た。前記酸化処理工程の後、孔径５μｍの濾紙で前記煤
を濾別し、蒸留水３００ｍｌで洗浄した。
【００４０】次に、前記第１の酸化処理工程を施した煤
を乾燥させることなく、蒸留水３５０ｍｌに投入し、マ
グネチックスターラーにて３０分間撹拌した後、５分間
超音波を照射して均一に分散させた。次に、６０％硝酸
１５０ｍｌを加え、１２０℃の温度で２４時間還流する
第１の還流処理工程を行った。前記還流処理工程後、孔
径５μｍの濾紙で前記煤を濾別し、１０００ｍｌの蒸留
水で洗浄した。
を乾燥させることなく、蒸留水３５０ｍｌに投入し、マ
グネチックスターラーにて３０分間撹拌した後、５分間
超音波を照射して均一に分散させた。次に、６０％硝酸
１５０ｍｌを加え、１２０℃の温度で２４時間還流する
第１の還流処理工程を行った。前記還流処理工程後、孔
径５μｍの濾紙で前記煤を濾別し、１０００ｍｌの蒸留
水で洗浄した。
【００４１】次に、前記第１の還流処理工程を施した煤
を乾燥させることなく、蒸留水２００ｍｌ中に投入し、
マグネチックスターラーにて３０分間撹拌した後、５分
間超音波を照射して均一に分散させた。次に、３０％過
酸化水素水４００ｍｌを加え、１００℃の温度で、２４
時間還流する湿式酸化処理により、第２の酸化処理工程
を行った。前記酸化処理工程の後、孔径５μｍの濾紙で
前記煤を濾別し、蒸留水３００ｍｌで洗浄した。
を乾燥させることなく、蒸留水２００ｍｌ中に投入し、
マグネチックスターラーにて３０分間撹拌した後、５分
間超音波を照射して均一に分散させた。次に、３０％過
酸化水素水４００ｍｌを加え、１００℃の温度で、２４
時間還流する湿式酸化処理により、第２の酸化処理工程
を行った。前記酸化処理工程の後、孔径５μｍの濾紙で
前記煤を濾別し、蒸留水３００ｍｌで洗浄した。
【００４２】次に、前記第２の酸化処理工程を施した煤
を９６％塩酸８０ｍｌ中に投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１２時間還流する第２の還流処理工程を行っ
た。
を９６％塩酸８０ｍｌ中に投入し、１０分間超音波を照
射して均一に分散させた後、１２０℃に加熱したオイル
バス中で１２時間還流する第２の還流処理工程を行っ
た。
【００４３】次に、前記第２の還流処理工程後を施した
煤を乾燥させることなく、ｐＨ９の水酸化ナトリウム水
溶液１０００ｍｌ中に投入し、マグネチックスターラー
にて３０分間撹拌した後、５分間超音波を照射して均一
に分散させた。次に、孔径５μｍの濾紙で前記煤を濾別
し、１０００ｍｌの蒸留水で洗浄した。洗浄した煤を７
０℃のオーブン中で３時間乾燥し、１２０ｍｇの単層カ
ーボンナノチューブ１を回収した。
煤を乾燥させることなく、ｐＨ９の水酸化ナトリウム水
溶液１０００ｍｌ中に投入し、マグネチックスターラー
にて３０分間撹拌した後、５分間超音波を照射して均一
に分散させた。次に、孔径５μｍの濾紙で前記煤を濾別
し、１０００ｍｌの蒸留水で洗浄した。洗浄した煤を７
０℃のオーブン中で３時間乾燥し、１２０ｍｇの単層カ
ーボンナノチューブ１を回収した。
【００４４】本実施形態によれば、図１（ｅ）に示すよ
うに、金属触媒２が除去された高純度の単層カーボンナ
ノチューブ１が得られた。
うに、金属触媒２が除去された高純度の単層カーボンナ
ノチューブ１が得られた。
【図１】本発明の精製方法の各段階における単層カーボ
ンナノチューブの状態を模式的に示す説明図。
ンナノチューブの状態を模式的に示す説明図。
【図２】本発明の精製方法を施す前の単層カーボンナノ
チューブの電子顕微鏡写真の模写図。
チューブの電子顕微鏡写真の模写図。
【図３】本発明の精製方法を施した後の単層カーボンナ
ノチューブの電子顕微鏡写真の模写図。
ノチューブの電子顕微鏡写真の模写図。
１…単層カーボンナノチューブ、 ２…金属触媒。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藤原 良也
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
(72)発明者 大橋 俊之
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 4G146 AA12 CA02 CA03 CB12 CB26
CB32 CB37
Claims (7)
- 【請求項１】金属触媒を用いて製造された単層カーボン
ナノチューブの精製方法において、 不純物を含む単層カーボンナノチューブを酸化処理する
第１の酸化処理工程と、 該第１の酸化処理が施された単層カーボンナノチューブ
を酸溶液中で還流処理する第１の還流処理工程と、 該第１の還流処理が施された単層カーボンナノチューブ
を再度酸化処理する第２の酸化処理工程と、 該第２の酸化処理が施された単層カーボンナノチューブ
を再度酸溶液中で還流処理する第２の還流処理工程とを
備えることを特徴とする単層カーボンナノチューブの精
製方法。 - 【請求項２】前記単層ナノチューブは、前記金属触媒を
含む炭素電極を用いるアーク放電により合成されたもの
であることを特徴とする請求項１記載の単層カーボンナ
ノチューブの精製方法。 - 【請求項３】前記炭素電極は、Ｎｉ，Ｙ，Ｔｉからなる
金属触媒を含むことを特徴とする請求項１または請求項
２記載の単層カーボンナノチューブの精製方法。 - 【請求項４】前記第１の酸化処理工程は、不純物を含む
単層カーボンナノチューブを気相中で３５０〜６００℃
の範囲の温度で加熱することにより行うことを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の単層カー
ボンナノチューブの精製方法。 - 【請求項５】前記第１の酸化処理工程は、不純物を含む
単層カーボンナノチューブを、６０〜１２０℃の範囲の
温度の過酸化水素水中で還流処理する湿式酸化処理によ
り行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
か１項記載の単層カーボンナノチューブの精製方法。 - 【請求項６】前記第１の還流処理工程は、前記第１の酸
化処理が施された単層カーボンナノチューブを硝酸中で
還流処理することにより行うことを特徴とする請求項１
乃至請求項５のいずれか１項記載の単層カーボンナノチ
ューブの精製方法。 - 【請求項７】前記第２の還流処理工程は、前記第２の酸
化処理が施された単層カーボンナノチューブを塩酸中で
還流処理することにより行うことを特徴とする請求項１
乃至請求項６のいずれか１項記載の単層カーボンナノチ
ューブの精製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002111879A JP2003081616A (ja) | 2001-07-05 | 2002-04-15 | 単層カーボンナノチューブの精製方法 |
| US10/166,386 US7135158B2 (en) | 2001-07-05 | 2002-06-11 | Method of purifying single wall carbon nanotubes |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-204513 | 2001-07-05 | ||
| JP2001204513 | 2001-07-05 | ||
| JP2002111879A JP2003081616A (ja) | 2001-07-05 | 2002-04-15 | 単層カーボンナノチューブの精製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003081616A true JP2003081616A (ja) | 2003-03-19 |
Family
ID=26618190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002111879A Pending JP2003081616A (ja) | 2001-07-05 | 2002-04-15 | 単層カーボンナノチューブの精製方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7135158B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003081616A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006027980A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Univ Meijo | カーボンナノチューブの製造方法及び精製方法 |
| JP2007511454A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-05-10 | インテル コーポレイション | カーボンナノチューブを分類する方法 |
| WO2010143585A1 (ja) * | 2009-06-11 | 2010-12-16 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| US9067793B2 (en) | 2005-11-29 | 2015-06-30 | Meijo University | Method for production of carbon nanotube and method for purification of the same |
| WO2022044685A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | 日本ゼオン株式会社 | 酸化カーボンナノチューブ及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US7638169B2 (en) * | 2006-03-28 | 2009-12-29 | Intel Corporation | Directing carbon nanotube growth |
| CN100430128C (zh) * | 2006-10-13 | 2008-11-05 | 华东理工大学 | 一种碳基纳米材料电催化剂的电化学原位纯化方法 |
| KR100869163B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2008-11-19 | 한국전기연구원 | 탄소나노튜브와 바인더를 함유하는 투명전도성 필름의제조방법 및 이에 의해 제조된 투명전도성 필름 |
| FR2966815B1 (fr) | 2010-10-28 | 2013-05-31 | Centre Nat Rech Scient | Methode de purification de nanotubes de carbone |
| JPWO2013161317A1 (ja) * | 2012-04-27 | 2015-12-24 | 昭和電工株式会社 | 多層カーボンナノチューブの精製方法 |
| CN114314566B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-03-31 | 无锡碳谷科技有限公司 | 一种碳纳米管的分离提纯方法 |
-
2002
- 2002-04-15 JP JP2002111879A patent/JP2003081616A/ja active Pending
- 2002-06-11 US US10/166,386 patent/US7135158B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2006027980A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Univ Meijo | カーボンナノチューブの製造方法及び精製方法 |
| US9067793B2 (en) | 2005-11-29 | 2015-06-30 | Meijo University | Method for production of carbon nanotube and method for purification of the same |
| WO2010143585A1 (ja) * | 2009-06-11 | 2010-12-16 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| JP2011016711A (ja) * | 2009-06-11 | 2011-01-27 | Dowa Holdings Co Ltd | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| CN102459073A (zh) * | 2009-06-11 | 2012-05-16 | 同和控股（集团）有限公司 | 碳纳米管及其制造方法 |
| US8858909B2 (en) | 2009-06-11 | 2014-10-14 | Dowa Holdings Co., Ltd. | Carbon nanotube and method for producing same |
| WO2022044685A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | 日本ゼオン株式会社 | 酸化カーボンナノチューブ及びその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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