JP2003212526A - カーボンナノチューブの精製方法 - Google Patents

カーボンナノチューブの精製方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アモルファスカーボン等のカーボン不純物が
含まれるカーボンナノチューブ粗生成物からカーボンナ
ノチューブを高純度に精製する。 【構成】 カーボンナノチューブ粗生成物中のカーボン
不純物を電気化学的処理により選択的に酸化させて消失
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はカーボンナノチューブ
の精製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】カーボンナノチューブはアーク放電法や
レーザー蒸発法等の周知の方法で形成される。これらの
方法を実行したとき、カーボンナノチューブは所謂チャ
ンバー煤や陰極煤中に含まれており、これら煤からの精
製が不可避である。煤の中には触媒である金属微粒子と
ともにアモルファスカーボン等がカーボン不純物として
含まれている。従来より、金属微粒子の除去は、塩酸や
硝酸を用い金属を溶解することで除くことが可能であっ
た。
【0003】一方、カーボン不純物は酸化による除去が
行われ、具体的には酸化性の酸である硝酸、混酸あるい
は過酸化水素水による化学的処理や乾燥空気中で350℃
程度に加熱する熱処理がこれまで行われてきた。例えば
特開2001−26410号公報等を参照されたい。そ
の他、遠心分離法、限外ろ過法等も一般的に知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の方法もアモルファスカーボン等のカーボン不純物がナ
ノチューブより化学的に不安定なことを前提として実施
されてきたが、その差は僅かであるため同時にナノチュ
ーブの酸化(燃焼)がおこり、有効な精製法とは言えなか
った。即ち、アモルファスカーボンのみを酸化すること
は困難であった。例えば熱処理を行う場合、試料中の温
度勾配に加え、微視的には酸化反応に寄与する酸素分子
の活性が本質的に分布を伴うことから、アモルファスカ
ーボンのみに選択的に酸化反応を起こさせることは困難
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決すべく鋭意検討を重ねてきたところ、電気化学的な処
理方法に気付き、本発明を完成するに至った。即ち、カ
ーボン不純物を含んだカーボンナノチューブ粗生成物か
らカーボンナノチューブを精製する方法であって、前記
カーボンナノチューブ粗生成物中の前記カーボン不純物
を電気化学的に酸化させる、ことを特徴とするカーボン
ナノチューブの精製方法。
【0006】カーボンナノチューブ粗生成物を作用電極
(陽極)とし、他方例えば白金を対極(陰極)としてこ
れらを電解質溶液に浸漬し、作用電極へ所定の電圧を印
加すると粗生成物に含まれるカーボン不純物のみが選択
的に酸化されることが確認された。
【0007】
【実施の形態】以下、この発明をより詳細に説明する。 カーボンナノチューブ粗生成物 カーボンナノチューブ粗生成物はアーク放電法やレーザ
ー蒸発法等の周知の方法を実行したときチャンバー煤
(チャンバー内壁やトラップに付着する煤)や陰極煤
(陰極表面に付着する煤)に含まれる。これらの煤をそ
のままカーボンナノチューブ粗生成物として用いること
が可能である。これらの煤を水熱法、遠心分離法、限外
ろ過法等の周知の方法で前処理して、カーボンナノチュ
ーブの純度を高めておくこともできる。煤のなかには触
媒としての金属微細粉が含まれることがあるので、この
金属微細粉も予め周知の方法にしたがって溶解除去して
おくことが好ましい。本発明の精製方法を実行した後、
金属微細粉を溶解除去することもできる。
【0008】本発明の対象とするカーボンナノチューブ
とは、単原子層のグラファイト、即ちグラフェンが円筒
状に丸まって、継ぎ目なく閉じた、直径がナノメートル
オーダーの極微の中空チューブである単層カーボンナノ
チューブと、2から数十層のグラフェンが積み重なって
できたチューブで、直径は2nmから50nmの範囲に
ある多層カーボンナノチューブを指す。本発明は電気化
学的な手法によりカーボン不純物を選択に酸化するもの
であるところ、当該カーボン不純物を含む他のナノ構造
カーボン物質にも本発明は適用可能である。ナノ構造カ
ーボン物質として、フラーレン、グラファイトファイバ
ー、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー等を
挙げることができる。
【0009】このような粗生成物中のカーボン不純物を
選択的に酸化するため、この発明では電気化学的な酸化
手法を採用する。即ち、電解質溶液中に作用電極と対象
電極を浸漬し通電したときの電気化学エネルギーにより
カーボン不純物を酸化させる。より具体的には、粗生成
物を作用電極(陽極)としてこれに所定の電位を印加す
るとカーボン不純物のみがCO若しくはCOまで酸化
されて消失する。カーボン不純物に比べてカーボンナノ
チューブは化学的に安定なため、印加された電位におい
てカーボンナノチューブが酸化されることはない。ここ
に、電気化学的な酸化方法によれば、印加する電位を調
整することにより酸化のためのエネルギーが高精度で制
御される。したがって、カーボン不純物とカーボンナノ
チューブとの間の化学的な安定性の差が小さくても、印
加する電位を正確に制御することにより、前者のみを正
確に酸化することが可能である。
【0010】粗生成物に印加する電位は電極や電解質の
材料等の外部環境を考慮して、実質的にカーボン不純物
のみが選択的に酸化される電位となるように適宜調整さ
れる。カーボン不純物は混合物の場合が多いので、一定
の幅で電位を走査することが好ましい。実施例では、印
加する電位を0V〜1.7V(RHE:平衡水素電極を
基準とした電位)とした。この中で1.3V〜1.7V
(RHE)の範囲においてカーボン不純物の酸化が行わ
れている。1.3V未満ではカーボンナノチューブはも
とよりカーボン不純物の酸化も行われていない。したが
って、印加する電位は1.3V〜2.5V(RHE)で
走査することが好ましく、更に好ましくは1.3〜2.
0(RHE)である。
【0011】カーボンナノチューブ粗生成物で電極を構
成する方法も特に限定されるものではないが、例えば当
該粗生成物を有機溶剤に分散させ、これを集電体へ塗布
・乾燥する。集電体としては比表面積が大きく、電気化
学的に安定な金属(例えばAu)の網状等の形状をもつ
ものが好ましい。集電体と粗生成物との接着性を向上さ
せるためバインダを用いることができる。本発明による
電気化学的な酸化処理が終了したのち、集電体を有機溶
剤へ浸漬若しくはこれで洗浄することにより、集電体に
付着しているカーボンナノチューブ(精製されたもの)
を容易に回収することができる。
【0012】
【実施例】次に、この発明の実施例について説明する。
図1に実施例の電気化学的な処理装置1を示す。この処
理装置1は作用電極室10、対極室20、平衡水素電極
(RHE)室30及び制御部40から構成される。作用
電極室10と対極室20とはコック3により連通され、
また作用電極室10と平衡水素電極(RHE)室30と
の間もコック5により連通され、各室10、20、30
には電解質溶液7として硫酸水溶液(0.5M)が満た
されている。電解質溶液7には硫酸水溶液の他、通常の
酸、アルカリ、中性塩溶液を用いることができる。
【0013】作用電極室10には作用電極11が浸漬さ
れている。網状の集電体に有機溶剤に分散させたカーボ
ンナノチューブ粗生成物を塗布・乾燥させることにより
作用電極11は得られる。実施例ではカーボンナノチュ
ーブの純度が90重量%の粗生成物(実施例1)及び同
じく純度が50重量%の粗生成物(実施例2)並びに比
表面積2000mの活性炭(比較例1、純度0%)を
使用した。当該粗生成物と集電体との接着を確保するた
めバインダを用いることができる。例えば、作用電極を
ナフィオン(デュポン社商品名)溶液へ浸漬し140℃
で乾燥させることができる。対極21及び平衡水素電極
31には網状の白金電極を用いた。作用電極室10には
アルゴンガスが10cc/分の流量で吹込まれており、
平衡水素電極室30には水素ガスが5cc/分の流量で
吹込まれている。
【0014】各電極11、21及び31を制御部40と
してポテンシオスタットに接続し、平衡水素電極31を
参照電極として作用電極11に0〜1.7Vまでの電圧
を印加して電流−電圧特性を測定した。走査速度は50
mV/秒、走査回数は約100回である。
【0015】結果を図2に示す。図2の結果において、
1.3〜1.7Vの領域で集電体として使用した金(Au)電
極表面酸化領域よりも低電位から、いずれも電位に対し
指数関数的に電流が増加する酸化電流が見られた。これ
はアモルファスカーボン等のカーボン不純物の電気化学
的酸化に対応しており、100サイクル程度で約1/4まで電
流は減少した。一方、0.0〜1.0Vの低電位領域では非フ
ァラデー的な電気2重層形成に起因する電流が観測され
る。この電流のサイクル変化は、電極を構成する材料に
よって異なる。純度が90%以上のカーボンナノチューブ
において変化はほとんど見られなかったが、活性炭の場
合高電位領域の電流の減少に伴って低電位領域の電流も
同様に減少した。これはカーボン不純物の燃焼に伴っ
て、アモルファスカーボンを多く含む活性炭の場合表面
積が減少し、電流量も同様に減少したが、高純度ナノチ
ューブの場合はナノチューブに付着したカーボン不純物
が燃焼しても、大部分を占めているナノチューブは残
り、電気化学的表面積は変化しないため低電位領域の電
流は減少せず一定となる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の精製方法
によれば、カーボンナノチューブ粗生成物を電気化学的
に処理する。このとき、酸化エネルギーを規定する電圧
は精密に制御することができるので、粗生成物に含まれ
るカーボンナノチューブとカーボン不純物との間の化学
的安定性がたとえ小さくても、後者のみを選択的に酸化
することが可能となる。よって、従来の方法に比べてカ
ーボンナノチューブを高純度に精製することができる。
また、電気化学的な処理は簡易な装置で行えるので、高
純度のカーボンナノチューブを安価に提供することが可
能になる。
【0017】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【0018】以下、次ぎの事項を開示する。 11 カーボン不純物を含んだナノ構造カーボン物質粗
生成物からナノ構造カーボン物質を精製する方法であっ
て、前記粗生成物中の前記カーボン不純物を電気化学的
に酸化させる、ことを特徴とするナノ構造カーボン物質
の精製方法。 12 前記ナノ構造カーボン物資粗生成物を陽極として
電解質溶液中に浸漬し、該陽極に1.3V〜2.5V
(RHE)の電位を印加する、ことを特徴とする11に
記載の精製方法。 13 前記電位は繰返し印加される、ことを特徴とする
12に記載の精製方法。 14 前記ナノ構造カーボン物質粗生成物を陽極として
電解質溶液中に浸漬し、該陽極に0V〜2.5V(RH
E)の範囲の電位を走査して繰返し印加する、ことを特
徴とする11に記載の精製方法。 15 前記電解質溶液は硫酸である、ことを特徴とする
12〜14のいずれかに記載の精製方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施例の電気化学処理装置の
構成をしめす図である。
【図2】図2は電気化学的な酸化処理の結果を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1 電気化学処理装置 11 作用電極 21 対極電極 31 平衡水素電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 雅史 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 Fターム(参考) 4G046 CA00 CC10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カーボン不純物を含んだカーボンナノチ
    ューブ粗生成物からカーボンナノチューブを精製する方
    法であって、 前記カーボンナノチューブ粗生成物中の前記カーボン不
    純物を電気化学的に酸化させる、ことを特徴とするカー
    ボンナノチューブの精製方法。
  2. 【請求項2】 前記カーボンナノチューブ粗生成物を陽
    極として電解質溶液中に浸漬し、該陽極に1.3V〜
    2.5V(RHE)の電位を印加する、ことを特徴とす
    る請求項1に記載の精製方法。
  3. 【請求項3】 前記電位は繰返し印加される、ことを特
    徴とする請求項2に記載の精製方法。
  4. 【請求項4】 前記カーボンナノチューブ粗生成物を陽
    極として電解質溶液中に浸漬し、該陽極に0V〜2.5
    V(RHE)の範囲の電位を走査して繰返し印加する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の精製方法。
  5. 【請求項5】 前記電解質溶液は硫酸である、ことを特
    徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の精製方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019180A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Chubu Electric Power Co Inc 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
KR20110088489A (ko) * 2008-07-03 2011-08-03 유씨엘 비즈니스 피엘씨 나노 물질의 분리 방법
CN103979526A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 苏州捷迪纳米科技有限公司 碳纳米管宏观体的纯化方法
US9340418B2 (en) 2008-07-03 2016-05-17 Ucl Business Plc Method for dispersing and separating nanotubes with an electronic liquid
CN115215327A (zh) * 2022-02-23 2022-10-21 无锡东恒新能源科技有限公司 一种用于碳纳米管提纯的装置及方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019180A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Chubu Electric Power Co Inc 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
KR20110088489A (ko) * 2008-07-03 2011-08-03 유씨엘 비즈니스 피엘씨 나노 물질의 분리 방법
JP2011526540A (ja) * 2008-07-03 2011-10-13 ユーシーエル ビジネス パブリック リミテッド カンパニー ナノ材料を分離する方法
US9079775B2 (en) 2008-07-03 2015-07-14 Ucl Business Plc Method for separating nanomaterials
KR101616017B1 (ko) * 2008-07-03 2016-04-27 유씨엘 비즈니스 피엘씨 나노 물질의 분리 방법
US9340418B2 (en) 2008-07-03 2016-05-17 Ucl Business Plc Method for dispersing and separating nanotubes with an electronic liquid
CN103979526A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 苏州捷迪纳米科技有限公司 碳纳米管宏观体的纯化方法
CN115215327A (zh) * 2022-02-23 2022-10-21 无锡东恒新能源科技有限公司 一种用于碳纳米管提纯的装置及方法
CN115215327B (zh) * 2022-02-23 2023-10-03 无锡东恒新能源科技有限公司 一种用于碳纳米管提纯的装置及方法

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