JP2007246317A - ナノ炭素材料複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性粒子2と、導電性粒子2の表面に担持した遷移金属からなる触媒微粒子3と、触媒微粒子3上に成長したナノ炭素繊維4とからなる。酸素空孔を有する酸化亜鉛粒子2の表面に遷移金属触媒微粒子3を担持した酸化亜鉛粒子2を、炭化水素からなる気相中でナノ炭素繊維が合成される触媒反応温度に加熱し、酸化亜鉛粒子上にナノ炭素材料4を成長させる。
【選択図】図1
Description
このナノ炭素材料複合体をそのままナノ炭素材料として用いれば、反応生成物中からカーボンナノチューブを精製したり、或いは基板上に成長したカーボンナノチューブを掻き落として、必要な量のカーボンナノチューブを収集する必要ないので、低コストで大量にナノ炭素材料を使用した部材を製造することができる。
本発明者らは導電性を有する粒子を核とすればこの課題は解決できることに想到した。しかしながら、ナノ炭素材料の触媒合成反応は、触媒と触媒を担持する物質の組み合わせによって左右されるので、単に導電性物質からなる粒子を選択しただけではナノ炭素材料の触媒合成反応を生じさせることができない。因みに、従来のナノ炭素材料の触媒合成反応が生じ得る触媒と触媒を担持する物質の組み合わせは、触媒が遷移金属である場合に触媒を担持する粒子としてダイヤモンドの他に、シリカ(SiO2 )、アルミナ(Al2 O)、ジルコニア(ZrO2 )、或いはゼオライトなどの金属酸化物粒子が知られているがいずれも絶縁物であり、導電性の物質からなる触媒担体粒子は知られていなかった。
本発明者らは、核となる粒子に導電性を有する酸化亜鉛(ZnO)粒子を用いることで、ナノ炭素材料が成長すること見いだし、本発明に到ったものである。
導電性粒子は、酸素空孔を有する酸化亜鉛粒子であれば好ましく、この場合には、酸化亜鉛粒子は酸素空孔を介した導電性を有する。
遷移金属からなる触媒微粒子は、Co又はNiからなれば好ましい。触媒上に成長したナノ炭素繊維は、カーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメント及びカーボンナノファイバーで成るグループから選択される何れか一つ又は複数であってよい。
気相中でのナノ炭素繊維の合成は、酸化亜鉛粒子を炭化水素からなる気相中で浮遊させて成長する方法であれば好ましく、この場合には、酸化亜鉛粒子から、均等に、放射状に、ナノ炭素繊維が成長したナノ炭素材料が得られる。
遷移金属触媒微粒子はCo又はNiからなれば好ましい。酸化亜鉛粒子の粒径は100μm以下であれば好ましい。炭化水素はエチレンであれば好ましい。
また、触媒反応温度は、好ましくは400℃から750℃の温度範囲の何れかの温度である。
本発明のナノ炭素材料複合体の製造方法によれば、導電性を有する粒子上に導電性を有する繊維状のナノカーボン材料が成長したナノ炭素材料複合体を製造できる。
図1は本発明のナノ炭素材料複合体の構成を示す模式断面図である。図において、本発明のナノ炭素材料複合体1は、核となる導電性粒子2と、導電性粒子2上に担持した遷移金属触媒微粒子3と、触媒微粒子3を担持した導電性粒子2上に成長したナノ炭素繊維4とからなる。図1では、触媒微粒子3が導電性粒子2上に存在する場合を示しているが、これに限らず、触媒微粒子3はナノ炭素繊維4の中や表面に存在する場合もある。
導電性粒子1は、一般に市販されている酸化亜鉛粒子1を空気中又は真空中で焼結することによって得られる。穴径の異なるフィルターを用いて粒径毎に分級し、用途によって粒径を選択すれば好ましい。
また、図5に示した装置を用いて、遷移金属触媒微粒子3が担持された酸化亜鉛粒子2を炭化水素ガス中で浮遊させて合成すれば、酸化亜鉛粒子から、等方向的に均等に、且つ、放射状にナノ炭素繊維が成長したナノ炭素材料が得られる。
次に、実施例を説明する。
次に、電気炉中に遷移金属触媒微粒子を担持した酸化亜鉛粒子を挿入し、アルゴンで希釈したエチレンガスを流し、約650℃、30分加熱した。遷移金属触媒微粒子を担持した酸化亜鉛粒子の量は100mg、エチレンとアルゴンの流量比は1:1、総流量は30sccmとした。
次に、電気炉中に遷移金属触媒微粒子を担持した酸化亜鉛粒子を挿入し、アルゴンで希釈したエチレンガスを流し、約700℃、30分加熱した。遷移金属触媒微粒子を担持した酸化亜鉛粒子の量は100mg、エチレンとアルゴンの流量比は1:1、総流量は30sccmとした。
2 酸化亜鉛粒子
3 遷移金属触媒微粒子
4 繊維状のナノ炭素材料
5 電気炉
6 炭化水素
12 ダイヤモンド触媒粒子
13 反応槽
14 炭化水素
15 導入口
16 排出口
17 電気炉
18 フィルター
Claims (10)
- 導電性粒子と、この導電性粒子の表面に担持した遷移金属からなる触媒微粒子と、この触媒微粒子を担持した導電性粒子上に成長したナノ炭素繊維とからなることを特徴とする、ナノ炭素材料複合体。
- 前記導電性粒子は、酸素空孔を有した酸化亜鉛粒子であることを特徴とする、請求項1に記載のナノ炭素材料複合体。
- 前記遷移金属からなる触媒微粒子は、Co又はNiからなることを特徴とする、請求項1に記載のナノ炭素材料複合体。
- 前記ナノ炭素繊維は、カーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメント及びカーボンナノファイバーで成るグループから選択される何れか一つ又は複数であることを特徴とする、請求項1に記載のナノ炭素材料複合体。
- 酸素空孔を有する酸化亜鉛粒子の表面に遷移金属触媒微粒子を担持した酸化亜鉛粒子を、炭化水素からなる気相中でナノ炭素繊維が合成される触媒反応温度に加熱し、上記酸化亜鉛粒子上にナノ炭素材料を成長することを特徴とする、ナノ炭素材料複合体の製造方法。
- 前記気相中でのナノ炭素繊維の合成が、前記酸化亜鉛粒子を炭化水素からなる気相中で浮遊させて成長する方法であることを特徴とする、請求項5に記載のナノ炭素材料複合体の製造方法。
- 前記遷移金属触媒微粒子はCo又はNiからなることを特徴とする、請求項5に記載のナノ炭素材料複合体の製造方法。
- 前記酸化亜鉛粒子の粒径は100μm以下であることを特徴とする、請求項5に記載のナノ炭素材料複合体の製造方法。
- 前記炭化水素はエチレンであることを特徴とする、請求項5又は6に記載のナノ炭素材料複合体の製造方法。
- 前記触媒反応温度は400℃から750℃の温度範囲の何れかの温度であることを特徴とする、請求項5又は6に記載のナノ炭素材料複合体の製造方法。
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