JP2003212527A - カーボンナノチューブの賦活方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸蔵すべきガスがカーボンナノチューブ内へ
自由に出入可能で、チューブ端の近傍に限定されずチュ
ーブ全体を有効に利用可能なガス吸蔵用カーボンナノチ
ューブを特別な設備を用いずに得ることができるカーボ
ンナノチューブの賦活方法を提供する。 【解決手段】 カーボンナノチューブの外壁および内壁
の少なくとも一方に、マイクロ波加熱により容易に蒸発
除去可能な液体を斑点状に付着させる工程と、上記液体
を付着させたカーボンナノチューブにマイクロ波を照射
することにより、上記液体を加熱し蒸発させて除去し、
これにより上記カーボンナノチューブの外壁および内壁
の少なくとも一方に欠陥を生成させる工程とを含むこと
を特徴とするカーボンナノチューブの賦活方法。典型的
には、上記液体が水またはアルコールである。典型的に
は、上記マイクロ波の周波数が３００ＭＨｚ〜３０ＧＨ
ｚである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブの賦活方法に関し、特に水素等の燃料ガス吸蔵用に
適したカーボンナノチューブの賦活方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーボンナノチューブは、その内部空間
をガス吸蔵に利用することにより大きなガス吸蔵能力が
得られる優れたガス吸蔵材として期待されている。例え
ば、自動車搭載用の燃料ガス（水素、メタン、天然ガス
等）の貯蔵システムの構築に極めて有用である。

【０００３】カーボンナノチューブは化学気相成長法
(ＣＶＤ)などにより生成されるが、生成されたままの状
態ではチューブ端が閉じているため、内部空間にガスが
進入できずそのガス吸蔵能力を有効に利用できない。そ
の対策として従来種々の方法が提案されてきた。

【０００４】例えば、特開平11−116219号公報には、
鉄、ニッケル、コバルトまたはラジウム、またはその合
金を含んだ有機化合物を原料としたＣＶＤによって、遊
離した上記金属で一端または両端が蓋をされた形のカー
ボンナノチューブを生成する方法が提案されている。水
素は上記金属の蓋を透過して内部に貯蔵および放出され
る。しかしこの方法では、チューブ端での水素ガス透過
が全く自由なわけではなく、またチューブ内空間のうち
有効に利用されるのはチューブ端部近傍のみであるとい
う問題があった。

【０００５】また、特開平7−172807号公報には、カー
ボンナノチューブに適当な質量とエネルギーのイオンを
照射することによりカーボンナノチューブを構成する炭
素原子の結合の一部を切断して未結合手（ダングリング
ボンド）を作り出す方法が提案されている。未結合手が
多くなるとカーボンナノチューブに穴が開いてガスの吸
蔵および放出が可能になる。しかしこの方法では、イオ
ン照射のための特別な設備を要するという問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消し、吸蔵すべきガスがカーボンナノチュ
ーブ内へ自由に出入可能で、チューブ端の近傍に限定さ
れずチューブ全体を有効に利用可能なガス吸蔵用カーボ
ンナノチューブを特別な設備を用いずに得ることができ
るカーボンナノチューブの賦活方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、下記の工程：カーボンナノチュ
ーブの外壁および内壁の少なくとも一方に、マイクロ波
加熱により容易に蒸発除去可能な液体を斑点状に付着さ
せる工程、および上記液体を付着させたカーボンナノチ
ューブにマイクロ波を照射することにより、上記液体を
加熱し蒸発させて除去し、これにより上記カーボンナノ
チューブの外壁および内壁の少なくとも一方に欠陥を生
成させる工程を含むことを特徴とするカーボンナノチュ
ーブの賦活方法が提供される。

【０００８】典型的には、上記液体が水またはアルコー
ルである。

【０００９】典型的には、上記マイクロ波の周波数が３
００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の方法を
説明する。

【００１１】先ず、例えば図１(１)に示したように、例
えばカーボンナノチューブ１の外壁に水滴２を斑点状に
付着させる。

【００１２】次いで、図１(２)に示したように、水滴２
が付着したカーボンナノチューブ１にマイクロ波を照射
する。これにより水滴２が急速に加熱され水蒸気４とし
て除去される。

【００１３】その際、図１(３)に示したように、カーボ
ンナノチューブ１の外壁の水滴２が付着していた箇所に
は、欠陥５が形成される。

【００１４】欠陥の形成される機構は明らかではない
が、水が急速に加熱される際の熱衝撃や高温の水とカー
ボンナノチューブ１の炭素との反応によるものと考えら
れる。

【００１５】本発明において、カーボンナノチューブの
外壁および内壁の少なくとも一方に付着させる液体は、
図示の例のように水が最も簡便である。しかし、水に限
定する必要はなく、マイクロ波照射により急加熱されて
カーボンナノチューブに欠陥を生じさせ且つ蒸発により
除去され残滓を実質的に残さない液体であればよい。水
以外の液体としては、アルコール等も簡便に用いること
ができる。

【００１６】カーボンナノチューブに液体を付着させる
手段は特に限定する必要はない。最も簡便な手段として
は、カーボンナノチューブを液体に浸漬すればよい。そ
の際、液体の表面張力によりカーボンナノチューブの表
面（外壁・内壁を含む。以下同じ。）上に斑点状の液滴
として付着する液体を用いることが有利である。

【００１７】このようにしてカーボンナノチューブの表
面に斑点状に付着した液滴を加熱するために照射するマ
イクロ波は、周波数３００ＭＨｚ（波長１ｍ）〜周波数
３０ＧＨｚ（波長１ｍｍ）の一般に狭義の「マイクロ
波」あるいは「極超短波（ＵＨＦ）」と呼称される電磁
波である。マイクロ波は照射対象の物質によって異なる
周波数の吸収ピークを持つので、照射対象の物質によっ
て照射するマイクロ波の周波数を適宜選択する。照射対
象が水の場合には周波数２.４５ＧＨｚ付近に吸収ピー
クがあるので、この周波数のマイクロ波を選択すること
が最も有利である。

【００１８】

【実施例】本発明によるカーボンナノチューブの賦活処
理を下記の手順により行なった。

【００１９】ＣＶＤ法によって作製したカーボンナノチ
ューブ（純度９０％以上、ＴＥＭ観察により確認）０.
９６２ｇを、蒸留水１００ｍｌを容れたビーカー内で３
０分浸漬してカーボンナノチューブに水を含浸させた。

【００２０】水含浸後のカーボンナノチューブをビーカ
ーから取り出して、直ちに周波数２.４５ＧＨｚのマイ
クロ波を１０分照射した。

【００２１】照射後、電気炉内で１２０℃、４時間乾燥
させた。

【００２２】このようにして賦活処理したカーボンナノ
チューブについてＰＣＴ法により水素吸蔵量を測定し
た。測定は室温にて水素圧約１０ＭＰａにて行なった。
なお、比較のために、上記賦活処理を行なわないカーボ
ンナノチューブについても同様の測定を行なった。

【００２３】上記測定の結果、マイクロ波照射による本
発明の賦活処理を行なわなかったカーボンナノチューブ
ではＰＣＴ法による水素吸蔵量が０.５１mass％であっ
たのに対して、本発明にしたがいマイクロ波照射による
賦活処理を行なったカーボンナノチューブではＰＣＴ法
による水素吸蔵量が１.２７mass％に増加した。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、吸蔵すべきガスがカー
ボンナノチューブ内へ自由に出入可能で、チューブ端の
近傍に限定されずチューブ全体を有効に利用可能なガス
吸蔵用カーボンナノチューブを特別な設備を用いずに得
ることができるカーボンナノチューブの賦活方法が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるカーボンナノチューブの
賦活方法を示す模式図である。

【符号の説明】

１…カーボンナノチューブ ２…液滴（水滴） ３…マイクロ波 ４…蒸気（水蒸気） ５…欠陥（穴）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の工程：カーボンナノチューブの外
   壁および内壁の少なくとも一方に、マイクロ波加熱によ
   り容易に蒸発除去可能な液体を斑点状に付着させる工
   程、および上記液体を付着させたカーボンナノチューブ
   にマイクロ波を照射することにより、上記液体を加熱し
   蒸発させて除去し、これにより上記カーボンナノチュー
   ブの外壁および内壁の少なくとも一方に欠陥を生成させ
   る工程を含むことを特徴とするカーボンナノチューブの
   賦活方法。
2. 【請求項２】 上記液体が水またはアルコールであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上記マイクロ波の周波数が３００ＭＨｚ
   〜３０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１記載の方
   法。