JP2018126705A - Catalyst precursor composition for the production of carbon nanotubes and method for producing the same, and method and device for producing carbon nanotubes using the catalyst precursor composition - Google Patents

Catalyst precursor composition for the production of carbon nanotubes and method for producing the same, and method and device for producing carbon nanotubes using the catalyst precursor composition Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst precursor composition for the production of carbon nanotubes that can supply, continuously for a long time, a vaporized catalyst raw material containing a metal catalyst as the main component and a promoter as an accessory component, with each of the metal catalyst and the promoter controlled stably in vapor pressure, without mixture of unnecessary compounds for the production of carbon nanotubes, and a method for producing the same; and a method and a device for producing carbon nanotubes using the catalyst precursor composition.SOLUTION: A catalyst precursor composition for the production of carbon nanotubes 11 contains, as solute, an organic transition metal-complex compound for the production of carbon nanotubes 2, and as solvent, a sulfur-containing component.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、カーボンナノチューブ(CNT)製造用の触媒前駆組成物とその製造方法、および、当該触媒前駆組成物を用いたカーボンナノチューブの製造方法と製造装置に関する。   The present invention relates to a catalyst precursor composition for producing carbon nanotubes (CNT), a method for producing the same, and a method and an apparatus for producing carbon nanotubes using the catalyst precursor composition.

単層カーボンナノチューブ(CNT)は、直径が0.6〜数nmで長さが数μm以上になり、アスペクト比が非常に大きい。こうした細長い形状から走査プローブの針や電子放出源として省電力の薄型テレビへの応用が期待されている。また、その優れた電気電子的特性と安定性から、トランジスタや透明電極、バッテリーやキャパシタの電極等、様々な応用が提案されている。   Single-walled carbon nanotubes (CNT) have a diameter of 0.6 to several nm, a length of several μm or more, and a very large aspect ratio. Due to such an elongated shape, it is expected to be applied to a power-saving thin TV as a scanning probe needle or an electron emission source. In addition, various applications such as transistors, transparent electrodes, batteries and capacitors have been proposed because of their excellent electrical and electronic characteristics and stability.

フェロセン等の金属ナノ粒子を含む金属触媒源および硫黄化合物等の助触媒源の蒸気を反応炉内に供給し、カーボンナノチューブを連続合成することは広く行われている。本発明は、それを容易に、かつ、より安定にするものである。   It has been widely practiced to continuously synthesize carbon nanotubes by supplying steam from a metal catalyst source containing metal nanoparticles such as ferrocene and a promoter source such as a sulfur compound into a reaction furnace. The present invention makes it easier and more stable.

カーボンナノチューブの製造では、金属ナノ粒子が、カーボンナノチューブの直径を決める鋳型として、また副反応を抑えてカーボンナノチューブ生成を促進する触媒として極めて重要である。種々の触媒が開発されてきたが、中でも鉄を含む金属の金属触媒、特に遷移金属触媒に硫黄成分を助触媒として添加したものが高活性であるとして知られている。   In the production of carbon nanotubes, metal nanoparticles are extremely important as a template for determining the diameter of carbon nanotubes and as a catalyst for suppressing side reactions and promoting the production of carbon nanotubes. Various catalysts have been developed. Among them, a metal catalyst of a metal containing iron, particularly a transition metal catalyst obtained by adding a sulfur component as a co-catalyst is known to have high activity.

浮遊触媒CVD法や火炎合成法では、これら気化された触媒原料を反応炉内の反応場に連続供給し、カーボンナノチューブを連続的に合成する。触媒としての鉄蒸気の供給源としてフェロセンが汎用されるが、フェロセンを融点以上に加熱すると蒸気圧が高すぎるため、固体状態のフェロセンを昇華させることで、鉄を供給するのが通常であった。   In the floating catalyst CVD method and the flame synthesis method, these vaporized catalyst raw materials are continuously supplied to the reaction field in the reaction furnace to continuously synthesize carbon nanotubes. Ferrocene is widely used as a source of iron vapor as a catalyst. However, when ferrocene is heated to a melting point or higher, the vapor pressure is too high, so it was normal to supply iron by sublimating solid ferrocene. .

硫黄蒸気の供給源としてはチオフェン(C4H4S)、二硫化炭素(CS2)、硫黄(S)などが用いられるが、中でも硫黄が低毒性で扱いやすい。硫黄は、フェロセン等の金属触媒源とは別途、昇華により供給されるのが通常であった。 As a source of sulfur vapor, thiophene (C 4 H 4 S), carbon disulfide (CS 2 ), sulfur (S), etc. are used. Among them, sulfur is low in toxicity and easy to handle. Sulfur was usually supplied by sublimation separately from a metal catalyst source such as ferrocene.

このように、フェロセンおよび硫黄はそれぞれ代表的な金属触媒(Fe)源としての触媒前駆化合物、硫黄源としての助触媒前駆化合物であるが、常温常圧では固体であり、固体のままで連続的に供給する場合には、スクリューフィーダー等で蒸発器に送ることが通常考えられる程度である。   Thus, ferrocene and sulfur are respectively a catalyst precursor compound as a typical metal catalyst (Fe) source and a co-catalyst precursor compound as a sulfur source, but are solid at room temperature and normal pressure and continuously in a solid state. In the case of supplying to the evaporator, it is usually considered to be sent to the evaporator with a screw feeder or the like.

これに対し、フェロセンと硫黄とを有機溶媒等に溶かして溶液化し、不活性ガスのバブリングによる気化供給や、霧化供給または蒸発供給する方法も知られている。例えば特許文献1には、トルエン100g中にフェロセン0.4gとチオフェン0.4gと非イオン界面活性剤1.0gとを混合して所定の処理を行った原料混合物を反応場に噴霧することが開示されている。特許文献2には、フェロセン0.49kgと硫黄0.01kgをベンゼン13.5kgに溶解し、原料液を調整し、反応場に噴霧することが開示されている。   On the other hand, a method is known in which ferrocene and sulfur are dissolved in an organic solvent or the like to form a solution, and vaporization supply by bubbling of an inert gas, atomization supply, or evaporation supply is performed. For example, Patent Document 1 discloses that a raw material mixture obtained by mixing 0.4 g of ferrocene, 0.4 g of thiophene and 1.0 g of a nonionic surfactant in 100 g of toluene and spraying the mixture on a reaction field is disclosed. Yes. Patent Document 2 discloses that 0.49 kg of ferrocene and 0.01 kg of sulfur are dissolved in 13.5 kg of benzene, and a raw material solution is prepared and sprayed on a reaction field.

特許第5046078号公報Japanese Patent No. 5046078 特開2014−177722号公報JP 2014-177722 A

従来のようにフェロセン等の金属触媒源を昇華により気相で反応炉内に供給する場合、固体状のフェロセン粉末は徐々に焼結し表面積が変わるため、フェロセン蒸気の供給が安定しない問題があった。助触媒源としての固体状の硫黄粉末を昇華により気相で反応炉内に供給する場合も同様の問題を抱える。   When a metal catalyst source such as ferrocene is supplied into the reactor in the gas phase by sublimation as in the prior art, the solid ferrocene powder gradually sinters and changes its surface area, so there is a problem that the supply of ferrocene vapor is not stable. It was. The same problem occurs when solid sulfur powder as a promoter source is supplied into the reactor in the gas phase by sublimation.

上記特許文献1および2では、金属触媒源および助触媒源を有機溶媒に溶解して溶液化している。しかしながら、この場合、金属触媒源および助触媒源に対して有機溶媒の方が多くなる。さらに、常温で固体の金属触媒源、助触媒源に対し、常温で液体の有機溶媒の多くはより高い蒸気圧を有す。触媒原料と炭素原料を独立に高度に制御しようとしても、触媒原料よりも多くの有機溶媒が装置内に混入し、有機溶媒蒸気は炭素源として作用するため、前記独立制御は困難である。   In Patent Documents 1 and 2, the metal catalyst source and the promoter source are dissolved in an organic solvent to form a solution. However, in this case, the amount of the organic solvent is larger than that of the metal catalyst source and the cocatalyst source. Furthermore, many organic solvents that are liquid at room temperature have a higher vapor pressure than metal catalyst sources and promoter sources that are solid at room temperature. Even if the catalyst raw material and the carbon raw material are to be controlled independently and highly, since the organic solvent more than the catalyst raw material is mixed in the apparatus and the organic solvent vapor acts as a carbon source, the independent control is difficult.

高沸点溶剤に多量の金属触媒源を溶解した溶液と、助触媒源を溶解させた溶液とを用意し、それぞれバブリングすることにより金属触媒および助触媒を気化させて反応炉内に供給することも不可能ではない。しかしながら、高沸点溶剤を用いる場合、溶解量と溶解速度に限界があり、金属触媒源の供給量が安定しない問題がある。また、炭化水素を構成する元素以外の異元素があると合成物にCNT以外のものが混入する可能性が高くなる。   A solution in which a large amount of a metal catalyst source is dissolved in a high boiling point solvent and a solution in which a promoter source is dissolved may be prepared, and the metal catalyst and the promoter may be vaporized by bubbling and supplied to the reactor. It's not impossible. However, when a high-boiling solvent is used, there is a limit to the amount and rate of dissolution, and there is a problem that the supply amount of the metal catalyst source is not stable. In addition, if there are foreign elements other than the elements constituting the hydrocarbon, there is a high possibility that things other than CNT will be mixed into the composite.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属触媒および助触媒の各々の蒸気圧を安定に制御して、金属触媒を主成分、助触媒を副成分として含む気化された触媒原料を、カーボンナノチューブの製造に不要な化合物を混入することなく、長時間連続供給することが可能なカーボンナノチューブ製造用の触媒前駆組成物とその製造方法、および、当該触媒前駆組成物を用いたカーボンナノチューブの製造方法と製造装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. The vapor pressure of each of the metal catalyst and the cocatalyst is stably controlled to vaporize containing the metal catalyst as a main component and the cocatalyst as a subcomponent. A catalyst precursor composition for producing carbon nanotubes, which can be continuously supplied for a long time without mixing a compound unnecessary for the production of carbon nanotubes, and a production method thereof, and the catalyst precursor composition are used. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for carbon nanotubes.

本発明はかかる課題を解決するため、有機遷移金属錯体化合物を溶質として、含硫黄成分を溶媒として含有するカーボンナノチューブ製造用の触媒前駆組成物を提供する。   In order to solve this problem, the present invention provides a catalyst precursor composition for producing carbon nanotubes containing an organic transition metal complex compound as a solute and a sulfur-containing component as a solvent.

前記触媒前駆組成物は、硫黄元素に対して遷移金属を合計0.1〜10重量%含有し、前記含硫黄成分の沸点が1気圧にて50℃以上1000℃以下であり、前記含硫黄成分を硫黄元素として10質量%以上含有し、0℃〜200℃のいずれかの範囲で液体とすることができる。   The catalyst precursor composition contains a total of 0.1 to 10% by weight of transition metals with respect to elemental sulfur, the boiling point of the sulfur-containing component is 50 ° C. or more and 1000 ° C. or less at 1 atm, and the sulfur-containing component is sulfur. It is contained in an amount of 10% by mass or more as an element and can be made liquid in any range of 0 ° C to 200 ° C.

前記遷移金属はFe、Ni、Co、Y、Mo、Laから選択される少なくとも1つとすることができる。   The transition metal may be at least one selected from Fe, Ni, Co, Y, Mo, and La.

前記触媒前駆組成物は、Fe、Ni、Co、Y、Mo若しくはLaから選択される金属を含有する有機遷移金属錯体化合物の少なくとも1つ、および/または、前記金属の中の複数の金属を含有する有機遷移金属錯体化合物の少なくとも1つを含有してもよい。   The catalyst precursor composition contains at least one organic transition metal complex compound containing a metal selected from Fe, Ni, Co, Y, Mo or La, and / or a plurality of metals in the metal It may contain at least one organic transition metal complex compound.

前記有機遷移金属錯体化合物はフェロセン、1,1-ジメチルフェロセン、ペンタメチルフェロセン、アセチルフェロセン、ベンゾイルフェロセン、シクロペンタジエニル鉄カルボニルダイマー、コバルトセン、ニッケロセンおよびテトラカルボニルニッケルから選択される少なくとも1つとすることができる。   The organic transition metal complex compound is at least one selected from ferrocene, 1,1-dimethylferrocene, pentamethyl ferrocene, acetyl ferrocene, benzoyl ferrocene, cyclopentadienyl iron carbonyl dimer, cobalt cene, nickel ferrocene and tetracarbonyl nickel. be able to.

前記含硫黄成分は硫黄、チオフェン、メチルチオフェン、エチルチオフェン、ヘキシルチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、テトラヒドロチオフェン、スルホラン、テトラメチレンスルホキシド、炭素数3以上のアルキルチオールおよびチオフェノールから選択される少なくとも1つとすることができる。   The sulfur-containing component is at least one selected from sulfur, thiophene, methylthiophene, ethylthiophene, hexylthiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, tetrahydrothiophene, sulfolane, tetramethylene sulfoxide, an alkylthiol having 3 or more carbon atoms, and thiophenol. can do.

本発明は、カーボンナノチューブ製造用の触媒前駆組成物の製造方法が、溶融した含硫黄化合物に有機遷移金属錯体化合物を溶解させる工程を含んでもよい。   In the present invention, the method for producing a catalyst precursor composition for producing carbon nanotubes may include a step of dissolving an organic transition metal complex compound in a molten sulfur-containing compound.

本発明は、カーボンナノチューブの製造方法が、触媒前駆組成物を気化する工程と、気化した前記有機遷移金属錯体化合物、および気化した前記含硫黄成分を反応炉内に供給する工程と、炭素源ガスを反応炉内に供給する工程とを含んでもよい。   The present invention provides a method for producing a carbon nanotube, a step of vaporizing a catalyst precursor composition, a step of supplying the vaporized organic transition metal complex compound and the vaporized sulfur-containing component into a reaction furnace, and a carbon source gas. And supplying the gas into the reaction furnace.

前記気化する工程は、前記触媒前駆組成物を0〜400℃の範囲のいずれかの温度下でバブリングして気化する工程とすることができる。   The step of vaporizing may be a step of bubbling and vaporizing the catalyst precursor composition at any temperature in the range of 0 to 400 ° C.

本発明は、カーボンナノチューブの製造装置が、触媒前駆組成物を気化する手段と、気化した前記有機遷移金属錯体化合物、および気化した前記含硫黄成分を反応炉内に供給する手段と、炭素源ガスを反応炉内に供給する手段とを備えてもよい。   The present invention provides a carbon nanotube production apparatus comprising: a means for vaporizing a catalyst precursor composition; a means for supplying the vaporized organic transition metal complex compound and the vaporized sulfur-containing component into a reaction furnace; and a carbon source gas. And a means for supplying the gas into the reaction furnace.

本発明の触媒前駆組成物によれば、金属触媒源としての触媒前駆化合物を反応炉に導入する助触媒源としての含硫黄成分に溶解させることで、余計な化合物を導入せずに金属触媒および助触媒を安定して長時間連続供給することができる。   According to the catalyst precursor composition of the present invention, the catalyst precursor compound as the metal catalyst source is dissolved in the sulfur-containing component as the co-catalyst source to be introduced into the reaction furnace, so that the metal catalyst and The cocatalyst can be supplied stably for a long time.

当該触媒前駆組成物の製造方法は、溶融した助触媒源としての含硫黄成分に金属触媒源としての触媒前駆化合物を溶解させる簡便な方法により構成される。   The method for producing the catalyst precursor composition is constituted by a simple method in which a catalyst precursor compound as a metal catalyst source is dissolved in a molten sulfur-containing component as a promoter source.

当該触媒前駆組成物を用いたカーボンナノチューブの製造方法によれば、安定して触媒原料を反応炉に連続供給することができ、カーボンナノチューブの製造の高制御性および高再現性を実現することができる。   According to the carbon nanotube production method using the catalyst precursor composition, the catalyst raw material can be stably supplied continuously to the reaction furnace, and high controllability and high reproducibility of the production of carbon nanotubes can be realized. it can.

本発明の触媒前駆組成物を用いた実施例としてのカーボンナノチューブの製造装置の概略図である。It is the schematic of the manufacturing apparatus of the carbon nanotube as an Example using the catalyst precursor composition of this invention. 比較例1のカーボンナノチューブの製造装置の概略図である。2 is a schematic view of a carbon nanotube production apparatus of Comparative Example 1. FIG. 同上、触媒原料供給部の概略図である。It is the schematic of a catalyst raw material supply part same as the above. 同上、助触媒供給部の概略図である。It is the schematic of a co-catalyst supply part same as the above. 実施例と比較例1の膜重量を指標として比較したグラフである。It is the graph which compared the film | membrane weight of the Example and the comparative example 1 as a parameter | index. 同上、Fe/Cを指標としてバブリング法と従来法である昇華法とを比較したグラフである。The above is a graph comparing the bubbling method and the conventional sublimation method using Fe / C as an index. 同上、ID/IGを指標としてバブリング法と従来法である昇華法とを比較したグラフである。The above is a graph comparing the bubbling method and the conventional sublimation method using I D / I G as an index. 同上、Fe供給量を指標としてバブリング法と従来法である昇華法とを比較したグラフである。FIG. 6 is a graph comparing the bubbling method and the conventional sublimation method using the Fe supply amount as an index. 同上、C合成量を指標としてバブリング法と従来法である昇華法とを比較したグラフである。FIG. 6 is a graph comparing the bubbling method with the conventional sublimation method using the amount of C synthesis as an index. 比較例2のカーボンナノチューブの製造装置の概略図である。5 is a schematic view of a carbon nanotube production apparatus of Comparative Example 2. FIG.

本発明はカーボンナノチューブ製造用の触媒を連続的に供給するのに適した触媒原料である。本実施の形態としての触媒原料は、カーボンナノチューブ製造用の有機遷移金属錯体化合物を溶質として、含硫黄成分を溶媒として含有する触媒前駆組成物である。当該有機遷移金属錯体化合物は通常金属触媒源として利用され、含硫黄成分は助触媒源として利用される。   The present invention is a catalyst raw material suitable for continuously supplying a catalyst for producing carbon nanotubes. The catalyst raw material as the present embodiment is a catalyst precursor composition containing an organic transition metal complex compound for producing carbon nanotubes as a solute and a sulfur-containing component as a solvent. The organic transition metal complex compound is usually used as a metal catalyst source, and the sulfur-containing component is used as a promoter source.

前記触媒前駆組成物は、助触媒原料である助触媒前駆化合物を溶媒として、触媒原料である触媒前駆化合物を溶質として前記溶媒に溶解された溶液として使用される。   The catalyst precursor composition is used as a solution dissolved in the solvent using a promoter precursor compound as a promoter raw material as a solvent and a catalyst precursor compound as a catalyst raw material as a solute.

前記触媒前駆組成物は、使用時には液体として使用されるが、例えば、該触媒前駆組成物の融点以下の温度で、固体として貯蔵、保存し、用時に液体として使用することができる。   The catalyst precursor composition is used as a liquid at the time of use. For example, the catalyst precursor composition can be stored and stored as a solid at a temperature lower than the melting point of the catalyst precursor composition and used as a liquid at the time of use.

触媒前駆組成物は、触媒成分としての遷移金属を硫黄元素に対して合計0.1〜10重量%含有することが好ましい。遷移金属としては、例えばFe、Ni、Co、Y、Mo、Laから選択される少なくとも1つを使用することができる。これらの遷移金属は有機遷移金属錯体として含有されていることが好ましい。有機遷移金属錯体化合物としては、例えばFe、Ni、Co、Y、Mo若しくはLaから選択される金属を含有する有機遷移金属錯体化合物の少なくとも1つ、および/または、前記金属の中の複数の金属を含有する有機遷移金属錯体化合物の少なくとも1つを含むことができる。また、有機遷移金属錯体化合物は、例えばフェロセン、1,1-ジメチルフェロセン、ペンタメチルフェロセン、アセチルフェロセン、ベンゾイルフェロセン、シクロペンタジエニル鉄カルボニルダイマー、コバルトセン、ニッケロセンおよびテトラカルボニルニッケルから選択される少なくとも1つを使用することができる。これらの中で遷移金属として特に好ましいものはFeであり、有機遷移金属錯体化合物として特に好ましいものはフェロセンである。   The catalyst precursor composition preferably contains a transition metal as a catalyst component in a total amount of 0.1 to 10% by weight with respect to elemental sulfur. As the transition metal, for example, at least one selected from Fe, Ni, Co, Y, Mo, and La can be used. These transition metals are preferably contained as organic transition metal complexes. As the organic transition metal complex compound, for example, at least one of organic transition metal complex compounds containing a metal selected from Fe, Ni, Co, Y, Mo or La, and / or a plurality of metals in the metal At least one organic transition metal complex compound containing The organic transition metal complex compound is, for example, at least selected from ferrocene, 1,1-dimethylferrocene, pentamethyl ferrocene, acetyl ferrocene, benzoyl ferrocene, cyclopentadienyl iron carbonyl dimer, cobalt cene, nickel ferrocene and tetracarbonyl nickel. One can be used. Among these, a particularly preferable transition metal is Fe, and a particularly preferable organic transition metal complex compound is ferrocene.

含硫黄成分としては、例えば硫黄、チオフェン、メチルチオフェン、エチルチオフェン、ヘキシルチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、テトラヒドロチオフェン、スルホラン、テトラメチレンスルホキシド、炭素数3以上のアルキルチオール、または、チオフェノールのうちの少なくとも1つを使用することができる。含硫黄成分の沸点は1気圧にて50℃以上1000℃以下であることが好ましい。触媒前駆組成物は、含硫黄成分を硫黄元素として10質量%以上含有することが好ましい。硫黄は、鉄粒子の表面エネルギーを下げ、小さい触媒粒子を安定に形成させる効果がある。また、硫化鉄(FeS)の共晶を作ることで、鉄の触媒粒子からの炭素析出を促進することも期待できる。   Examples of the sulfur-containing component include sulfur, thiophene, methylthiophene, ethylthiophene, hexylthiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, tetrahydrothiophene, sulfolane, tetramethylene sulfoxide, alkylthiols having 3 or more carbon atoms, or thiophenol. At least one can be used. The boiling point of the sulfur-containing component is preferably 50 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower at 1 atmosphere. The catalyst precursor composition preferably contains 10% by mass or more of a sulfur-containing component as a sulfur element. Sulfur reduces the surface energy of the iron particles and has the effect of stably forming small catalyst particles. In addition, it is expected that carbon precipitation from iron catalyst particles is promoted by making an eutectic of iron sulfide (FeS).

硫黄は融点が低く、蒸気圧も低く非極性である。これに対し、フェロセンは高融点であり、高蒸気圧で非極性溶媒に溶けやすいため、硫黄融液にフェロセンを溶解した溶液によれば、115〜175℃の広範囲で、不活性ガスのバブリングによりフェロセンを主成分、硫黄を副成分とした気化された触媒原料を安定的に連続供給することができる。   Sulfur has a low melting point, a low vapor pressure, and is nonpolar. In contrast, ferrocene has a high melting point and is easily soluble in nonpolar solvents at high vapor pressure. Therefore, according to a solution in which ferrocene is dissolved in a sulfur melt, a wide range of 115 to 175 ° C. is caused by bubbling of inert gas. A vaporized catalyst raw material containing ferrocene as a main component and sulfur as a subcomponent can be stably and continuously supplied.

前記溶液には、例えば金属触媒源および助触媒源の成分のみが含まれることが好ましい。フェロセンと硫黄を使用した溶液の場合、溶液内の鉄と硫黄の重量比は適宜設定可能であり、例えばFe:S=1:60程度であることが好ましい。また、本実施の形態の触媒前駆組成物は融点を下げる目的で少量の溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、装置内に混入する溶媒量を少なくするため、150℃以上の沸点の溶媒が好ましく、不揮発性のイオン液体がより好ましい。   The solution preferably contains, for example, only components of a metal catalyst source and a promoter source. In the case of a solution using ferrocene and sulfur, the weight ratio of iron and sulfur in the solution can be appropriately set, and is preferably about Fe: S = 1: 60, for example. Further, the catalyst precursor composition of the present embodiment may contain a small amount of a solvent for the purpose of lowering the melting point. As the solvent, in order to reduce the amount of solvent mixed in the apparatus, a solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher is preferable, and a nonvolatile ionic liquid is more preferable.

尚、本実施の形態の触媒前駆組成物は0℃〜200℃のいずれかの範囲で液体である。当該触媒前駆組成物は、例えば、溶融した含硫黄化合物に有機遷移金属錯体化合物を溶解させて製造することができる。また、当該触媒前駆組成物を用いたカーボンナノチューブの製造方法は、触媒前駆組成物を気化する工程と、気化した触媒または触媒前駆体、および助触媒または助触媒前駆体を反応炉内に供給する工程とを含む、例えば、物理気相成長法(PVD法)や化学気相成長法(CVD法)、火炎合成法を含む金属触媒を使用する全てのカーボンナノチューブの製造方法に適用でき、気相中に浮遊した状態の触媒粒子ないし支持体上に担持した状態の触媒粒子の生成に利用することができる。さらに、当該触媒前駆組成物を用いたカーボンナノチューブの製造装置は、触媒前駆組成物を気化する手段と、気化した触媒または触媒前駆体、および助触媒または助触媒前駆体を反応炉内に供給する手段とを備える。製造装置の具体的な構成の一例は実施例で詳細に説明する。   In addition, the catalyst precursor composition of this Embodiment is a liquid in the range in any one of 0 degreeC-200 degreeC. The catalyst precursor composition can be produced, for example, by dissolving an organic transition metal complex compound in a molten sulfur-containing compound. In addition, a method for producing a carbon nanotube using the catalyst precursor composition includes a step of vaporizing the catalyst precursor composition, a vaporized catalyst or catalyst precursor, and a cocatalyst or cocatalyst precursor supplied into the reaction furnace. It can be applied to all carbon nanotube production methods using metal catalysts, including physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and flame synthesis. It can be used to produce catalyst particles suspended in the catalyst or catalyst particles supported on a support. Furthermore, the carbon nanotube production apparatus using the catalyst precursor composition supplies the means for vaporizing the catalyst precursor composition, the vaporized catalyst or catalyst precursor, and the cocatalyst or cocatalyst precursor into the reaction furnace. Means. An example of a specific configuration of the manufacturing apparatus will be described in detail in Examples.

触媒前駆組成物を気化してカーボンナノチューブの製造装置へ供給する方法の例としては、触媒前駆組成物にアルゴンガス等の不活性ガスを供給してバブリングする方法がある。また、触媒前駆組成物をシリンジポンプ等で200℃程度以上の蒸発器に送液し、液体をすべて蒸発させて供給する方法もある。その他、触媒前駆組成物をミスト状に噴霧して、アルゴンガス等に同伴させて反応炉内に霧化供給する方法もある。霧化する方式としては、二流体ノズルや静電霧化、超音波霧化による方法がある。   As an example of a method of vaporizing the catalyst precursor composition and supplying it to the carbon nanotube production apparatus, there is a method of supplying an inert gas such as argon gas to the catalyst precursor composition and bubbling. There is also a method in which the catalyst precursor composition is sent to an evaporator at about 200 ° C. or higher with a syringe pump or the like, and all the liquid is evaporated and supplied. In addition, there is a method in which the catalyst precursor composition is sprayed in the form of a mist and atomized and supplied into the reaction furnace accompanied by argon gas or the like. Examples of the atomizing method include a two-fluid nozzle, electrostatic atomization, and ultrasonic atomization.

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。   All documents mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety. The examples described herein are illustrative of embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

(実施例の製造装置の構成および製造条件)
図1に示す火炎合成によるカーボンナノチューブの製造装置1を用いて、カーボンナノチューブを製造した。製造装置1は、その内部でカーボンナノチューブ2が合成されるチャンバー3と、チャンバー3に接続される第一の管4、第二の管5および第三の管6の三つの異なる管と、チャンバー3に設けられる保温手段7とを備える。
(Configuration and manufacturing conditions of the manufacturing apparatus of the example)
Carbon nanotubes were produced using the carbon nanotube production apparatus 1 by flame synthesis shown in FIG. The manufacturing apparatus 1 includes a chamber 3 in which the carbon nanotubes 2 are synthesized, three different tubes, a first tube 4, a second tube 5 and a third tube 6 connected to the chamber 3, and a chamber. 3 is provided.

チャンバー3は、石英ガラスからなる円筒状の容器で形成される。チャンバー3内の反応領域において、カーボンナノチューブ2の成長が行われる。   The chamber 3 is formed of a cylindrical container made of quartz glass. In the reaction region in the chamber 3, the carbon nanotube 2 is grown.

チャンバー3は、第三の管6のガスがチャンバー3の内部に向かって流出する第三の流出口52のやや下方において、円筒の断面が縮径された縮径部32を有する。26は縮径が始まる部分の第一のチャンバー底部であり、30は縮径されたチャンバー3の底部となる第二のチャンバー底部である。   The chamber 3 has a reduced diameter portion 32 having a reduced cylindrical cross section slightly below the third outlet 52 where the gas in the third pipe 6 flows out toward the inside of the chamber 3. Reference numeral 26 denotes a first chamber bottom at a portion where the diameter reduction starts, and reference numeral 30 denotes a second chamber bottom which becomes the bottom of the reduced diameter chamber 3.

第一の管4は、縮径されたチャンバー3の第二のチャンバー底部30に接続され、予混合火炎12のバーナーを構成する。したがって、第一の管4たるバーナーの第一の管流出口50は、縮径されたチャンバー3の縮径部32内に設けられ、予混合火炎12は、好ましくは縮径されたチャンバー3の縮径部32内で形成される。第一の管4には、燃料ガスとしてのエチレン(C2H4)ガスを、酸化ガスとしての酸素(O2)ガスおよびアルゴン(Ar)ガスとともに供給した。さらに、第一の管4への触媒原料を含むガスの供給路4aには、本発明に係る触媒前駆組成物11をバブリングにより気化させて供給した。 The first tube 4 is connected to the second chamber bottom 30 of the reduced diameter chamber 3 and constitutes a burner for the premixed flame 12. Therefore, the first pipe outlet 50 of the burner as the first pipe 4 is provided in the reduced diameter portion 32 of the reduced diameter chamber 3, and the premixed flame 12 is preferably disposed in the reduced diameter of the chamber 3. It is formed in the reduced diameter portion 32. The first pipe 4 was supplied with ethylene (C 2 H 4 ) gas as a fuel gas together with oxygen (O 2 ) gas and argon (Ar) gas as an oxidizing gas. Further, the catalyst precursor composition 11 according to the present invention was vaporized by bubbling and supplied to the gas supply path 4 a containing the catalyst raw material to the first pipe 4.

触媒前駆組成物11として、金属触媒源としての触媒前駆化合物のフェロセン(Fe(C55)2)を溶質として、助触媒源としての硫黄を融点以上に加熱して得た硫黄融液に溶解させた溶液を使用した。鉄と硫黄の重量比はFe:S=1:60とした。アルゴンガスを当該溶液に供給してバブリングを行った。このバブリング用のアルゴンガスをAr (Fe&S)と表記する。 As a catalyst precursor composition 11, a ferrocene (Fe (C 5 H 5 ) 2 ) catalyst precursor compound as a metal catalyst source is used as a solute, and a sulfur melt obtained by heating sulfur as a promoter source to a melting point or higher. The dissolved solution was used. The weight ratio of iron and sulfur was Fe: S = 1: 60. Bubbling was performed by supplying argon gas to the solution. This argon gas for bubbling is expressed as Ar (Fe & S).

こうして触媒原料を含むガスの供給路4aを通り、第一の管4からチャンバー3の反応炉内に、気化した触媒原料の主成分であるフェロセンと、副成分である硫黄を含むガスを予混合ガスとして供給した。さらに、第一の管4には40%O/Arとともにアルゴン(Ar)ガスも併せて予混合ガスとして供給した。この気化された触媒前駆組成物11を含む予混合ガスが予混合火炎12を通過する際に、触媒および助触媒原料としての触媒前駆組成物11が分解される。ここで、主成分とは気化した触媒原料中で最も含有量の多い成分のことをいう。副成分とは主成分以外の成分のことをいう。 Thus, the gas containing the catalyst raw material passes through the gas supply path 4a and is premixed from the first pipe 4 into the reaction furnace of the chamber 3 with the gas containing the vaporized catalyst raw material, ferrocene, and the subcomponent sulfur. It was supplied as a gas. Further, argon (Ar) gas was also supplied to the first tube 4 together with 40% O 2 / Ar as a premixed gas. When the premixed gas containing the vaporized catalyst precursor composition 11 passes through the premixed flame 12, the catalyst precursor composition 11 as the catalyst and the promoter material is decomposed. Here, the main component means a component having the highest content in the vaporized catalyst raw material. A subcomponent means components other than a main component.

第二の管5は、第一の管4と同様に、縮径されたチャンバー3の第二のチャンバー底部30に接続される。第二の管5には、炭素原料ガスとしてのエチレン(C2H4)ガスをアルゴン(Ar)ガスとともに供給した。この炭素原料ガスは、第二の管流出口51からチャンバー3の縮径部32内に供給される。そして、炭素原料ガスとアルゴンガスは、第一の管4の端部の予混合火炎12で分解された触媒前駆組成物11と混合し、触媒粒子15とカーボンナノチューブ2が核発生される。 Similarly to the first tube 4, the second tube 5 is connected to the second chamber bottom 30 of the reduced diameter chamber 3. The second pipe 5 was supplied with ethylene (C 2 H 4 ) gas as a carbon source gas together with argon (Ar) gas. This carbon source gas is supplied from the second pipe outlet 51 into the reduced diameter portion 32 of the chamber 3. Then, the carbon source gas and the argon gas are mixed with the catalyst precursor composition 11 decomposed by the premixed flame 12 at the end of the first tube 4 to nucleate the catalyst particles 15 and the carbon nanotubes 2.

第三の管6は、チャンバー3の外周に、チャンバー3のチャンバー側部27を覆うようにして設けられる。第三の管6には、炭素源ガスとしてのメタン(CH4)ガスを、アルゴンガスとともに供給した。炭素源ガスは上記の触媒粒子15および核発生したカーボンナノチューブ2と混合し、カーボンナノチューブ2を成長させる。炭素源ガスは、チャンバー3の上方から下方に向かって流れ、チャンバー側部27に設けられた第三の管流出口52から、水平方向にチャンバー3内に供給される。第三の管流出口52はチャンバー3の第一のチャンバー底部26の若干上部に設けた。 The third tube 6 is provided on the outer periphery of the chamber 3 so as to cover the chamber side 27 of the chamber 3. The third pipe 6 was supplied with methane (CH 4 ) gas as a carbon source gas together with argon gas. The carbon source gas is mixed with the catalyst particles 15 and the nucleated carbon nanotubes 2 to grow the carbon nanotubes 2. The carbon source gas flows from the upper side to the lower side of the chamber 3 and is supplied into the chamber 3 in the horizontal direction from a third pipe outlet 52 provided in the chamber side portion 27. The third tube outlet 52 was provided slightly above the first chamber bottom 26 of the chamber 3.

以上のような構成により、第一の管流出口50、第二の管流出口51および第三の管流出口52は、第一の管4から流出するガスが、第二の管5から流出するガスと合流した後に、第三の管6から流出するガスが合流するように設置されている。   With the configuration described above, the first pipe outlet 50, the second pipe outlet 51, and the third pipe outlet 52 allow the gas flowing out from the first pipe 4 to flow out from the second pipe 5. It is installed so that the gas flowing out from the third pipe 6 joins after the joining with the gas.

保温手段7として、チャンバー3の外周に加熱炉33を設けた。加熱炉33は、第三の管6の外周に設けられ、ニクロム線に電流を流して加熱する電気炉を使用し、温度を管理した。この加熱炉33により、チャンバー3内の反応領域8の温度を管理して、カーボンナノチューブ2の成長温度を維持し、成長時間の増大を図る。さらに、加熱炉33により、第三の管6内を流れる炭素源ガスを予熱し、炭素源ガス16は、この予熱後に、チャンバー3内に供給した。   As the heat retaining means 7, a heating furnace 33 was provided on the outer periphery of the chamber 3. The heating furnace 33 was provided on the outer periphery of the third pipe 6 and used an electric furnace for heating by flowing a current through the nichrome wire, and the temperature was controlled. This heating furnace 33 manages the temperature of the reaction region 8 in the chamber 3 to maintain the growth temperature of the carbon nanotubes 2 and increase the growth time. Further, the carbon source gas flowing in the third pipe 6 was preheated by the heating furnace 33, and the carbon source gas 16 was supplied into the chamber 3 after this preheating.

第一の管4、第二の管5および第三の管6の内部を流れるガスの流量は、それぞれ図示しないマスフローコントローラにより制御した。   The flow rate of the gas flowing through the first tube 4, the second tube 5 and the third tube 6 was controlled by a mass flow controller (not shown).

第一の管4からチャンバー3内に延びるバーナーとして、内径1mmと2mmの石英管またはステンレス管を使用した。バーナーの高さは、バーナーの先端が第一のチャンバー底部26よりも低い位置になるようにした。   As a burner extending from the first tube 4 into the chamber 3, a quartz tube or a stainless tube having an inner diameter of 1 mm and 2 mm was used. The height of the burner was set so that the tip of the burner was lower than the first chamber bottom 26.

反応領域8で合成されたカーボンナノチューブ2は、チャンバー上部25の下流に設けられたメンブレンフィルターによる捕集手段(図示せず)により捕集した。   The carbon nanotubes 2 synthesized in the reaction region 8 were collected by a collecting means (not shown) using a membrane filter provided downstream of the chamber upper portion 25.

表1に第一の管4、第二の管5および第三の管6に供給したガス種とガス流量を示す。表中の記載において、例えば、Arのガス種でガス流量が「various(0-300)」と記載されるのは、Arガスを0〜300sccmの範囲内で供給したことを意味する。以降の表においても同様である。尚、1sccmは標準状態(0℃, 100kPa)で体積1cm3の気体を1秒間に流す流量であり、温度T(℃)、圧力P(kPa)では、100(T+273.15)/(P´273.15) cm3/sの体積流量となる。 Table 1 shows the gas types and gas flow rates supplied to the first pipe 4, the second pipe 5, and the third pipe 6. In the description in the table, for example, the Ar gas type and the gas flow rate described as “various (0-300)” means that Ar gas was supplied within the range of 0 to 300 sccm. The same applies to the following tables. In addition, 1 sccm is a flow rate in which a gas having a volume of 1 cm 3 flows in one second in a standard state (0 ° C., 100 kPa), and at a temperature T (° C.) and a pressure P (kPa), 100 (T + 273.15) / (P ′ 273.15) The volumetric flow rate is cm 3 / s.

表2にカーボンナノチューブの製造時の温度条件を示す。表中、「Furnace」は加熱炉33の温度条件、「Ferrocene + Sulfur」はフェロセンと硫黄との溶液の温度条件、「Burner」は触媒および助触媒がセットされているバブラーの直後(後流)から予混合火炎12までの配管の温度条件を示す。加熱炉33の好ましい温度範囲は800〜1400℃である。低温では煤の生成を抑えることが容易であり、高温ではカーボンナノチューブの生成速度と結晶性を高めることができる。より好ましくは900〜1300℃であり、煤の生成を抑えつつカーボンナノチューブの生成速度と結晶性を高めることができる。触媒前駆組成物の気化部の温度は、触媒前駆組成物の気化部が熱分解しない温度であればよく、0〜400℃が好ましい。触媒前駆組成物の気化にバブリングを用いる場合は、触媒前駆組成物が液体であればよく、0〜200℃がより好ましい。本実施例では、フェロセンと硫黄からなる触媒前駆組成物をバブリングにより気化したが、フェロセンと硫黄の蒸気圧を適切に保つためバブリングを120〜140℃で行った。触媒および助触媒がセットされているバブラーの直後(後流)から予混合火炎12までの配管は、配管内でのフェロセンと硫黄の析出を防ぐべく、125〜150℃の温度範囲に設定した。なお、バブラーへのキャリアガス流量を増やす場合は気化温度を下げ、キャリアガス流量を増やす場合は気化温度を上げることが好ましい。   Table 2 shows the temperature conditions during the production of the carbon nanotubes. In the table, "Furnace" is the temperature condition of the heating furnace 33, "Ferrocene + Sulfur" is the temperature condition of the solution of ferrocene and sulfur, and "Burner" is immediately after the bubbler where the catalyst and co-catalyst are set (backstream) To the premixed flame 12 are shown. A preferable temperature range of the heating furnace 33 is 800 to 1400 ° C. At low temperatures, it is easy to suppress soot formation, and at high temperatures, the production rate and crystallinity of carbon nanotubes can be increased. More preferably, it is 900-1300 degreeC, The production | generation speed | rate and crystallinity of a carbon nanotube can be improved, suppressing the production | generation of soot. The temperature of the vaporization part of the catalyst precursor composition may be a temperature at which the vaporization part of the catalyst precursor composition does not thermally decompose, and is preferably 0 to 400 ° C. When bubbling is used for vaporizing the catalyst precursor composition, the catalyst precursor composition only needs to be liquid, and 0 to 200 ° C is more preferable. In this example, the catalyst precursor composition comprising ferrocene and sulfur was vaporized by bubbling, but bubbling was performed at 120 to 140 ° C. in order to keep the vapor pressure of ferrocene and sulfur appropriately. The piping from immediately after the bubbler in which the catalyst and the cocatalyst were set (rear stream) to the premixed flame 12 was set to a temperature range of 125 to 150 ° C. in order to prevent precipitation of ferrocene and sulfur in the piping. In addition, when increasing the carrier gas flow rate to the bubbler, it is preferable to lower the vaporization temperature, and when increasing the carrier gas flow rate, it is preferable to increase the vaporization temperature.

カーボンナノチューブの製造時間は1回につき5分間または10分間とし、41回の製造を行った。   The production time of carbon nanotubes was 5 minutes or 10 minutes at a time, and production was carried out 41 times.

(比較例1の製造装置の構成および製造条件)
図2に示す火炎合成によるカーボンナノチューブの製造装置1’を用いて、カーボンナノチューブを製造した。実施例の製造装置1と同様の構成には同じ符号を付して説明を省略する。
(Configuration and Manufacturing Conditions of Manufacturing Device of Comparative Example 1)
Carbon nanotubes were produced using the carbon nanotube production apparatus 1 ′ by flame synthesis shown in FIG. The same components as those of the manufacturing apparatus 1 of the embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

実施例の製造装置1におけるチャンバー3とは、図1の縮径部32を有さない点で異なる。   It differs from the chamber 3 in the manufacturing apparatus 1 of the embodiment in that it does not have the reduced diameter portion 32 of FIG.

第一の管4には、燃料ガスとしてのエチレン(C2H4)ガスを、酸化ガスとしての酸素(O2)ガスおよびアルゴン(Ar)ガスとともに供給した。さらに、固体状のフェロセン粉末を昇華により気化させて、第一の管4に供給した。 The first pipe 4 was supplied with ethylene (C 2 H 4 ) gas as a fuel gas together with oxygen (O 2 ) gas and argon (Ar) gas as an oxidizing gas. Further, the solid ferrocene powder was vaporized by sublimation and supplied to the first tube 4.

図3に触媒原料としてのフェロセンを供給する触媒原料供給部35を示す。触媒原料供給部35は、石英管からなる触媒原料供給部の壁36内に直接フェロセン粉末37を仕込み、その両側を石英綿からなる触媒原料保持材38で塞ぐ。このような構成により、フェロセンの供給量を、フェロセン粉末37の仕込み量に依らず、蒸気圧、すなわち温度で制御することが可能になる。フェロセンの温度制御は、熱電対39を石英管36の外壁に接しさせて、その外側からリボンヒーター40で行った。アルゴンガスを触媒原料供給部35に供給することで触媒原料を昇華し、ガス流量により触媒原料を含むガスの供給量を制御した。この触媒原料蒸気供給用のアルゴンガスをAr (Fe)と表記する。   FIG. 3 shows a catalyst material supply unit 35 for supplying ferrocene as a catalyst material. The catalyst raw material supply unit 35 directly charges the ferrocene powder 37 into the wall 36 of the catalyst raw material supply unit made of a quartz tube and closes both sides thereof with a catalyst raw material holding material 38 made of quartz cotton. With such a configuration, the supply amount of ferrocene can be controlled by the vapor pressure, that is, the temperature, regardless of the amount of ferrocene powder 37 charged. The temperature control of ferrocene was performed by the ribbon heater 40 from the outside with the thermocouple 39 in contact with the outer wall of the quartz tube 36. The catalyst material was sublimated by supplying argon gas to the catalyst material supply unit 35, and the supply amount of the gas containing the catalyst material was controlled by the gas flow rate. The argon gas for supplying the catalyst raw material vapor is expressed as Ar (Fe).

触媒原料供給部35の入口付近には、触媒原料供給部35を通さずに、触媒原料供給部35の出口付近にアルゴンガスを流通するバイパスライン46を設けた。昇温中および降温中は、触媒原料を含むガスがバイパスライン46を通るようにすることで、余分な触媒原料が第一の管4に供給されないようにする。こうすることで、合成後に捕集されるカーボンナノチューブ2に含まれる不純物Feの量を減らした。   In the vicinity of the inlet of the catalyst raw material supply unit 35, a bypass line 46 for circulating argon gas is provided near the outlet of the catalyst raw material supply unit 35 without passing through the catalyst raw material supply unit 35. During the temperature increase and the temperature decrease, the gas containing the catalyst raw material is allowed to pass through the bypass line 46 so that the excess catalyst raw material is not supplied to the first pipe 4. By doing so, the amount of impurity Fe contained in the carbon nanotubes 2 collected after the synthesis was reduced.

第二の管5には、炭素原料ガスとしてのエチレン(C2H4)ガスをアルゴン(Ar)ガスとともに供給した。さらに、固体状の硫黄粉末を昇華により気化させて、第二の管5に供給した。 The second pipe 5 was supplied with ethylene (C 2 H 4 ) gas as a carbon source gas together with argon (Ar) gas. Further, solid sulfur powder was vaporized by sublimation and supplied to the second pipe 5.

図4に助触媒9としての硫黄を供給する助触媒供給部41を示す。助触媒供給部41は、石英管からなる助触媒供給部の壁54内で、助触媒粉末55の両側に石英綿からなる助触媒保持材42を配置する構造となっている。硫黄源としては、硫黄粉末を使用した。硫黄の温度制御は、熱電対59を石英管54の外壁に接しさせて、その外側からリボンヒーター60で行った。アルゴンガスを助触媒供給部41に供給することで助触媒原料を昇華し、ガス流量により助触媒を含むガスの供給量を制御した。この助触媒蒸気供給用のアルゴンガスをAr (S)と表記する。   FIG. 4 shows a cocatalyst supply unit 41 for supplying sulfur as the cocatalyst 9. The cocatalyst supply unit 41 has a structure in which a cocatalyst holding material 42 made of quartz cotton is arranged on both sides of the cocatalyst powder 55 in the wall 54 of the cocatalyst supply unit made of a quartz tube. As a sulfur source, sulfur powder was used. The temperature control of sulfur was performed by the ribbon heater 60 from outside the thermocouple 59 in contact with the outer wall of the quartz tube 54. The co-catalyst raw material was sublimated by supplying argon gas to the co-catalyst supply unit 41, and the supply amount of gas containing the co-catalyst was controlled by the gas flow rate. This argon gas for supplying the cocatalyst vapor is expressed as Ar (S).

助触媒供給部41の出口付近には、助触媒供給部41を通さずに、触媒原料供給部41の出口付近に、アルゴンガスを流通するバイパスライン47を設けた。昇温中および降温中は、助触媒を含むガスがバイパスライン47を通るようにすることで、余分な助触媒が第一の管4に供給されないようにする。こうすることで、合成後に捕集されるカーボンナノチューブ2に含まれる不純物Sの量を減らした。   In the vicinity of the outlet of the cocatalyst supply unit 41, a bypass line 47 for circulating argon gas was provided in the vicinity of the outlet of the catalyst raw material supply unit 41 without passing through the cocatalyst supply unit 41. During the temperature increase and the temperature decrease, the gas containing the cocatalyst passes through the bypass line 47 so that excess cocatalyst is not supplied to the first pipe 4. By doing so, the amount of impurities S contained in the carbon nanotubes 2 collected after synthesis was reduced.

第三の管6には、メタンを炭素源ガスとして、アルゴンとともに供給した。炭素源ガスは触媒粒子15と混合させることにより、カーボンナノチューブ2を成長させる。炭素源ガス16は、チャンバー3の上方から下方に向かって流れ、チャンバー側部27に設けられた第三の管流出口52から、水平方向にチャンバー3内に供給される。第三の管流出口52はチャンバー3の第一のチャンバー底部26の上部に設けた。   The third pipe 6 was supplied with methane as a carbon source gas together with argon. The carbon source gas is mixed with the catalyst particles 15 to grow the carbon nanotubes 2. The carbon source gas 16 flows from the upper side to the lower side of the chamber 3 and is supplied into the chamber 3 in a horizontal direction from a third pipe outlet 52 provided in the chamber side portion 27. The third tube outlet 52 was provided in the upper part of the first chamber bottom 26 of the chamber 3.

表3に第一の管4、第二の管5および第三の管6に供給したガス種とガス流量を示す。実施例と異なり、助触媒である硫黄は第二の管5から供給した。   Table 3 shows the gas types and gas flow rates supplied to the first pipe 4, the second pipe 5, and the third pipe 6. Unlike the example, sulfur as a cocatalyst was supplied from the second pipe 5.

表4にカーボンナノチューブの製造時の温度条件を示す。表中、「Furnace」は加熱炉33の温度条件、「Ferrocene」はフェロセン粉末の温度条件、「Sulfur」は硫黄の温度条件、「Burner」は触媒および助触媒がセットされている箇所の直後(後流)から予混合火炎12までの配管の温度条件を示す。   Table 4 shows the temperature conditions during the production of the carbon nanotubes. In the table, “Furnace” is the temperature condition of the heating furnace 33, “Ferrocene” is the temperature condition of the ferrocene powder, “Sulfur” is the temperature condition of sulfur, “Burner” is immediately after the place where the catalyst and the promoter are set ( The temperature conditions of the piping from the downstream) to the premixed flame 12 are shown.

カーボンナノチューブの製造時間はすべて1回につき10分間とし、64回の製造を行った。   The production time of carbon nanotubes was 10 minutes per time, and 64 times of production were performed.

(統計解析)
本発明のバブリング法での膜重量、Fe供給量及びC合成量の評価には、10分間当たりの数値を求めて、統計解析に使用した。
統計解析には、統計解析ソフトEZR (http://www.jichi.ac.jp/saitama-sct/SaitamaHP.files/statmed.html) を使用し、各群の分散(バラつき)の程度は変動係数(CV値)で表し、分散についての有意差検定にはF検定法を、平均値の有意差検定にはノンパラメトリック検定法であるMann-WhitneyのU検定法を使用し、p値0.05を有意水準として評価した。
(Statistical analysis)
In evaluating the film weight, Fe supply amount, and C synthesis amount in the bubbling method of the present invention, numerical values per 10 minutes were obtained and used for statistical analysis.
For statistical analysis, statistical analysis software EZR (http://www.jichi.ac.jp/saitama-sct/SaitamaHP.files/statmed.html) is used. (CV value), the F test method is used for the significance test for variance, the Mann-Whitney U test method, which is a nonparametric test method, is used for the significance test for the mean value, and a p value of 0.05 is significant. Evaluated as a standard.

(実施例および比較例1の評価結果)
実施例および従来法として昇華法を使用した比較例1において、すべてのサンプルで単層カーボンナノチューブが製造されたことを、SEM分析およびラマン分光分析により確認した。製造されたカーボンナノチューブ2は、捕集手段のメンブレンフィルター上に膜状に捕集される。以下、膜重量、Fe/C、ID/IG、Fe供給量およびC合成量を指標として、実施例と比較例1とを比較した結果について説明する。
(Evaluation results of Examples and Comparative Example 1)
In Example 1 and Comparative Example 1 using the sublimation method as a conventional method, it was confirmed by SEM analysis and Raman spectroscopic analysis that single-walled carbon nanotubes were produced in all samples. The produced carbon nanotubes 2 are collected in the form of a film on the membrane filter of the collecting means. Hereinafter, the results of comparison between Example and Comparative Example 1 using the film weight, Fe / C, ID / IG , Fe supply amount, and C synthesis amount as indices will be described.

<膜重量>
1回の製造で製造されたカーボンナノチューブの総重量を膜重量(mg)として製造サンプルの統計解析を行った結果、実施例の平均膜重量は4.47mg、標準偏差σは1.46mg、変動係数は0.326であった。比較例1の平均膜重量は4.96mg、標準偏差σは2.16mg、変動係数は0.436であった。図5が平均膜重量および標準偏差を示すグラフである。図中、「バブリング法」が実施例、「昇華法」が比較例1であり、以降の図および表においても同様である。
<Membrane weight>
As a result of statistical analysis of the production sample with the total weight of carbon nanotubes produced in one production as the membrane weight (mg), the average membrane weight of the example is 4.47 mg, the standard deviation σ is 1.46 mg, and the coefficient of variation is It was 0.326. The average film weight of Comparative Example 1 was 4.96 mg, the standard deviation σ was 2.16 mg, and the coefficient of variation was 0.436. FIG. 5 is a graph showing the average film weight and standard deviation. In the figure, “Bubbling method” is an example, and “Sublimation method” is Comparative Example 1. The same applies to the following figures and tables.

表5に膜重量の変動係数(CV値)、F検定およびMann-WhitneyのU検定の統計解析結果を示す。尚、表中のFe/C、ID/IG、Fe供給量およびC合成量の項目については後述する。 Table 5 shows the coefficient of variation (CV value) of the membrane weight, statistical analysis results of F test and Mann-Whitney U test. The items of Fe / C, ID / IG , Fe supply amount and C synthesis amount in the table will be described later.

平均膜重量は実施例と比較例1との平均値で有意差を認めなかったが、標準偏差σおよび変動係数はともに実施例の方が小さかった。両群の分散に有意差が認められた。したがって、実施例では比較例1に比べてカーボンナノチューブの製造量が安定していることが分かる。   The average film weight was not significantly different between the average values of the example and the comparative example 1, but both the standard deviation σ and the coefficient of variation were smaller in the example. There was a significant difference in the variance between the two groups. Therefore, it can be seen that the production amount of carbon nanotubes is more stable in Example than in Comparative Example 1.

<Fe/C>
1回の製造で製造されたカーボンナノチューブのFe/C(wt%/wt%)について製造サンプルの統計解析を行い評価した。Fe/Cは、EDS分析により得られる値であり、不純物含有率を示す指標である。Fe/Cの値が小さい程、カーボンナノチューブの純度が高いことを示す。実施例の平均値は0.864、標準偏差σは0.612、変動係数は0.709であった。比較例1の平均値は4.01、標準偏差σは4.86、変動係数は1.21であった。図6が平均値および標準偏差を示すグラフである。
<Fe / C>
Statistical analysis of the production sample was performed and evaluated for Fe / C (wt% / wt%) of the carbon nanotube produced in one production. Fe / C is a value obtained by EDS analysis and is an index indicating the impurity content. It shows that the purity of a carbon nanotube is so high that the value of Fe / C is small. The average value of the examples was 0.864, the standard deviation σ was 0.612, and the coefficient of variation was 0.709. The average value of Comparative Example 1 was 4.01, the standard deviation σ was 4.86, and the coefficient of variation was 1.21. FIG. 6 is a graph showing average values and standard deviations.

Fe/Cの平均値は実施例の方が比較例1よりも小さく、実施例の方がカーボンナノチューブの純度が有意に高いことが分かる。標準偏差σおよび変動係数はともに実施例の方が小さい。F検定およびMann-WhitneyのU検定について有意差が認められた。したがって、実施例では比較例1に比べて純度の高いカーボンナノチューブを安定して製造できていることが分かる。   The average value of Fe / C is smaller in the Example than in Comparative Example 1, and it can be seen that the purity of the carbon nanotube is significantly higher in the Example. Both the standard deviation σ and the variation coefficient are smaller in the example. Significant differences were observed for the F test and the Mann-Whitney U test. Therefore, it can be seen that carbon nanotubes having higher purity than those of Comparative Example 1 can be produced stably in the Examples.

<ID/IG
1回の製造で製造されたカーボンナノチューブのID/IGについて製造サンプルの統計解析を行い評価した。ID/IGは、ラマン分光分析により得られる値で、カーボンナノチューブの結晶性を示す指標である。ラマンスペクトルにおいて、1590cm-1付近に現れるピークは、G-bandと呼ばれ、六員環構造を有する炭素原子の面内方向の伸縮振動に由来するものである。また、1350cm-1付近に現れるピークは、D-bandと呼ばれ、六員環構造に欠陥があると現れやすくなる。相対的なカーボンナノチューブの質は、G-bandに対するD-bandのピーク強度比ID/IGによって評価することができ、ID/IGの値が小さいほど結晶性の高いカーボンナノチューブであるといえる。ラマン分光分析は励起波長488nmで行った。実施例の平均値は0.025、標準偏差σは0.016、変動係数は0.653であった。比較例1の平均値は0.141、標準偏差σは0.223、変動係数は1.596であった。図7が平均値および標準偏差を示すグラフである。
< ID / IG >
Statistical analysis of the production samples was performed to evaluate I D / I G of the carbon nanotubes produced in one production. I D / I G is a value obtained by Raman spectroscopic analysis and is an index indicating the crystallinity of the carbon nanotube. In the Raman spectrum, the peak appearing in the vicinity of 1590 cm −1 is called G-band and is derived from the in-plane stretching vibration of the carbon atom having a six-membered ring structure. A peak appearing near 1350 cm -1 is called D-band, and it tends to appear if there is a defect in the six-membered ring structure. The relative carbon nanotube quality can be evaluated by the peak intensity ratio I D / I G of D-band to G-band, and the smaller the I D / I G value, the higher the crystallinity of the carbon nanotube It can be said. Raman spectroscopic analysis was performed at an excitation wavelength of 488 nm. In the examples, the average value was 0.025, the standard deviation σ was 0.016, and the coefficient of variation was 0.653. The average value of Comparative Example 1 was 0.141, the standard deviation σ was 0.223, and the coefficient of variation was 1.596. FIG. 7 is a graph showing average values and standard deviations.

ID/IGの平均値は実施例の方が比較例1よりも有意に小さく、実施例の方が結晶性が高くて質が高いカーボンナノチューブを製造できていることが分かる。標準偏差σおよび変動係数はともに実施例の方が小さい。両群の分散についても有意差が認められた。したがって、実施例では比較例1に比べて質の高いカーボンナノチューブを安定して製造できていることが分かる。 The average value of I D / I G is significantly smaller in the Examples than in Comparative Example 1, and it can be seen that the Examples can produce carbon nanotubes with higher crystallinity and higher quality. Both the standard deviation σ and the variation coefficient are smaller in the example. There was also a significant difference in the variance between the two groups. Therefore, it can be seen that high quality carbon nanotubes can be stably produced in the example as compared with Comparative Example 1.

<Fe供給量>
1回の製造で製造されたカーボンナノチューブのFe供給量について製造サンプルの統計解析を行い評価した。Fe供給量は、膜重量とFe/C比をもとに、捕集したカーボンナノチューブ2の膜中の鉄の含有量である。実施例の平均値は1.81mg、標準偏差σは0.937mg、変動係数は0.519であった。比較例1の平均値は3.30mg、標準偏差σは2.20mg、変動係数は0.664であった。図8が平均値および標準偏差を示すグラフである。
<Fe supply amount>
Statistical analysis of the production sample was performed to evaluate the Fe supply amount of the carbon nanotube produced in one production. The Fe supply amount is the content of iron in the collected carbon nanotube 2 film based on the film weight and the Fe / C ratio. The average value of the examples was 1.81 mg, the standard deviation σ was 0.937 mg, and the coefficient of variation was 0.519. The average value of Comparative Example 1 was 3.30 mg, the standard deviation σ was 2.20 mg, and the coefficient of variation was 0.664. FIG. 8 is a graph showing average values and standard deviations.

Fe供給量の平均値は実施例の方が比較例1よりも有意に小さいことが分かる。標準偏差σおよび変動係数はともに実施例の方が小さい。分散についても両群で有意差が認められた。したがって、実施例では比較例1に比べて鉄を安定して供給できていることが分かる。   It can be seen that the average value of the Fe supply amount is significantly smaller in the example than in Comparative Example 1. Both the standard deviation σ and the variation coefficient are smaller in the example. There was also a significant difference between the two groups in terms of variance. Therefore, it can be seen that iron can be supplied more stably in the example than in the first comparative example.

<C合成量>
1回の製造で製造されたカーボンナノチューブのC合成量について製造サンプルの統計解析を行った。C合成量は、膜重量とFe/C比をもとに、捕集したカーボンナノチューブ2の膜中の炭素の含有量である。実施例の平均値は2.66mg、標準偏差σは1.21mg、変動係数は0.453であった。比較例1の平均値は1.65mg、標準偏差σは1.22mg、変動係数は0.739であった。図9が平均値および標準偏差を示すグラフである。
<C synthesis amount>
Statistical analysis of the production sample was performed on the amount of carbon synthesis of carbon nanotubes produced in one production. The amount of C synthesis is the carbon content in the collected carbon nanotube 2 film based on the film weight and Fe / C ratio. The average value of the examples was 2.66 mg, the standard deviation σ was 1.21 mg, and the coefficient of variation was 0.453. The average value of Comparative Example 1 was 1.65 mg, the standard deviation σ was 1.22 mg, and the coefficient of variation was 0.739. FIG. 9 is a graph showing average values and standard deviations.

C合成量の平均値は実施例の方が比較例1よりも大きいことが分かる。標準偏差σおよび変動係数はともに実施例の方が小さい。Mann-WhitneyのU検定について有意差が認められた。したがって、実施例では比較例1に比べてC合成量の多いカーボンナノチューブを安定して製造できていることが分かる。   It can be seen that the average value of the C synthesis amount is larger in Example than in Comparative Example 1. Both the standard deviation σ and the variation coefficient are smaller in the example. Significant differences were observed for the Mann-Whitney U test. Therefore, it can be seen that in the examples, carbon nanotubes with a larger amount of C synthesis than in Comparative Example 1 were stably produced.

(比較例2の製造装置の構成および製造条件と評価結果)
図10に示す火炎合成によるカーボンナノチューブの製造装置1’’を用いて、カーボンナノチューブを製造した。実施例の製造装置1および比較例1の製造装置1’と同様の構成には同じ符号を付して説明を省略する。
(Configuration of manufacturing apparatus of Comparative Example 2 and manufacturing conditions and evaluation results)
Carbon nanotubes were produced using the carbon nanotube production apparatus 1 ″ by flame synthesis shown in FIG. The same components as those of the manufacturing apparatus 1 of the embodiment and the manufacturing apparatus 1 ′ of the comparative example 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

比較例1の製造装置1’とは、触媒原料供給部35および助触媒供給部41の構成が異なる。触媒原料供給部35では、有機溶媒である3-フェノキシトルエンにフェロセンを溶解させたフェロセン溶液にアルゴンガスを供給してバブリングすることによりフェロセンを気化させて反応炉内に供給した。助触媒供給部41では、液体の2-ヘキシルチオフェンにアルゴンガスを供給してバブリングすることにより気化させて反応炉内に供給した。   The structure of the catalyst raw material supply unit 35 and the cocatalyst supply unit 41 is different from that of the manufacturing apparatus 1 ′ of Comparative Example 1. In the catalyst raw material supply unit 35, ferrocene was vaporized by supplying argon gas to a ferrocene solution in which ferrocene was dissolved in 3-phenoxytoluene, which is an organic solvent, and bubbling the ferrocene, and the ferrocene was supplied into the reactor. In the co-catalyst supply section 41, argon gas was supplied to bubbling 2-hexylthiophene and bubbled to supply it into the reactor.

実施例および比較例2において、すべてのサンプルで単層カーボンナノチューブが製造されたことを、SEM分析およびラマン分光分析により確認した。   In Example and Comparative Example 2, it was confirmed by SEM analysis and Raman spectroscopic analysis that single-walled carbon nanotubes were produced in all samples.

まず、2-ヘキシルチオフェンの温度を0℃に設定して、カーボンナノチューブの製造を行った。表6に第一の管4、第二の管5および第三の管6に供給したガス種とガス流量を示す。表7にカーボンナノチューブの製造時の温度条件を示す。表中、「Furnace」は加熱炉33の温度条件、「Ferrocene」はフェロセン溶液の温度条件、「Hexylthiophene」は2-ヘキシルチオフェンの温度条件、「Burner」は触媒および助触媒がセットされている箇所の直後(後流)から予混合火炎12までの配管の温度条件を示す。カーボンナノチューブの製造時間は10分間とした。   First, carbon nanotubes were produced by setting the temperature of 2-hexylthiophene to 0 ° C. Table 6 shows the gas types and gas flow rates supplied to the first pipe 4, the second pipe 5, and the third pipe 6. Table 7 shows the temperature conditions during the production of the carbon nanotubes. In the table, “Furnace” is the temperature condition of the heating furnace 33, “Ferrocene” is the temperature condition of the ferrocene solution, “Hexylthiophene” is the temperature condition of 2-hexylthiophene, and “Burner” is the location where the catalyst and promoter are set. Shows the temperature condition of the pipe from immediately after (after) to the premixed flame 12. The carbon nanotube production time was 10 minutes.

表8に、製造されたカーボンナノチューブの膜重量(weight)、Fe/Cの値およびID/IGの値を示す。Fe/Cの値およびID/IGの値を実施例のそれぞれの平均値と比較すると、実施例の方が良好な値であることが分かる。 Table 8 shows the film weight, the Fe / C value, and the I D / I G value of the produced carbon nanotube. When the values of Fe / C and I D / I G are compared with the average values of the examples, it can be seen that the values of the examples are better.

次に、2-ヘキシルチオフェンの温度を20℃に設定して助触媒を供給して実験を行った。表9に、第一の管4、第二の管5および第三の管6に供給したガス種とガス流量を、表10にカーボンナノチューブの製造時の温度条件を、表11にカーボンナノチューブ製造の評価結果を示す。表9および10中の表示は表6および7と同様である。カーボンナノチューブの製造時間は10分間とした。条件(a)および(b)では実験を二回ずつ行い、その結果を(a−1),(a−2),(b−1),(b−2)と表記している。   Next, the experiment was conducted by setting the temperature of 2-hexylthiophene to 20 ° C. and supplying a promoter. Table 9 shows the gas types and gas flow rates supplied to the first pipe 4, the second pipe 5 and the third pipe 6, Table 10 shows the temperature conditions during the production of carbon nanotubes, and Table 11 shows the production of carbon nanotubes. The evaluation result of is shown. The displays in Tables 9 and 10 are the same as those in Tables 6 and 7. The carbon nanotube production time was 10 minutes. Under the conditions (a) and (b), the experiment is performed twice, and the results are expressed as (a-1), (a-2), (b-1), and (b-2).

捕集されたカーボンナノチューブのFe/Cの値は、(a)が13.8および1.11、(b)が2.99および2.58、(c)が5.75であり、ID/IGの値は(a)が0.222および0.055、(b)が0.051および0.016、(c)が0.147であり、実施例のそれぞれの平均値と比較すると、実施例の方がばらつきが小さく良好な値であることが分かる。 The collected carbon nanotubes have Fe / C values of 13.8 and 1.11 for (a), 2.99 and 2.58 for (b), 5.75 for (c), and I D / I G for (a) 0.222 and 0.055, (b) is 0.051 and 0.016, and (c) is 0.147. Compared with the average values of the examples, it can be seen that the examples are better values with less variation.

次にフェロセンの供給量を変化させた実験を行った。表12に第一の管4、第二の管5および第三の管6に供給したガス種とガス流量を、表13にカーボンナノチューブの製造時の温度条件を、表14にカーボンナノチューブ製造の評価結果を示す。表12および13中の表示は表6および7と同様である。カーボンナノチューブの製造時間は10分間とした。条件(a)では実験を二回行い、その結果を(a−1),(a−2)と表記している。カーボンナノチューブのFe/Cの値およびID/IGの値は、それぞれ1.58〜3.34および0.023〜0.625であり、実施例のそれぞれの平均値と比較すると、実施例の方がばらつきが小さく良好な値であることが分かる。 Next, an experiment was conducted by changing the supply amount of ferrocene. Table 12 shows the gas types and gas flow rates supplied to the first tube 4, the second tube 5 and the third tube 6, Table 13 shows the temperature conditions during the production of the carbon nanotubes, and Table 14 shows the carbon nanotube production. An evaluation result is shown. The displays in Tables 12 and 13 are the same as those in Tables 6 and 7. The carbon nanotube production time was 10 minutes. Under the condition (a), the experiment was performed twice, and the results are expressed as (a-1) and (a-2). The values of Fe / C and I D / I G of the carbon nanotubes are 1.58 to 3.34 and 0.023 to 0.625, respectively. Compared with the average values of the examples, the examples have better variations and better It turns out that it is a value.

以上のことから、高沸点溶剤に多量の金属触媒源を溶解した溶液と、液体の助触媒源を用意し、それぞれバブリングすることにより金属触媒および助触媒を気化させて反応炉内に供給する比較例2に比べ、金属触媒源を溶質とし、助触媒源を溶媒とした本発明に係る触媒前駆組成物を用いてカーボンナノチューブを製造した方が、結晶性が高く良質なカーボンナノチューブを製造できることが分かる。   Based on the above, a solution in which a large amount of a metal catalyst source is dissolved in a high-boiling solvent and a liquid promoter source are prepared, and the metal catalyst and the promoter are vaporized by bubbling and supplied to the reactor. Compared to Example 2, carbon nanotubes can be produced with higher crystallinity and better quality by using the catalyst precursor composition according to the present invention in which the metal catalyst source is a solute and the promoter is a solvent. I understand.

以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。例えば他の実施例として、イオン液体としてメチルトリオクチルアンモニウム=ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド5gに硫黄5gを添加し、120℃で1時間撹拌したところ、均一な溶液が得られた。また、容器出口にガラス板を置き、窒素をバブリングしたところ、ガラス板に黄色の硫黄結晶が析出した。同様に、メチルトリオクチルアンモニウム=ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド5gにフェロセン0.5gを添加し、120℃で1時間撹拌したところ、均一な溶液が得られた。また、容器出口にガラス板を置き、窒素をバブリングしたところ、ガラス板に黄色のフェロセン結晶が析出した。いずれもイオン液体の揮発は確認できなかった。これらのことから、硫黄とフェロセンの溶液にイオン液体を添加しても、主に硫黄とフェロセンを反応装置内に導入することができることが分かる。   Although the present invention has been described based on the embodiments and examples, the present invention can be variously modified. For example, as another example, 5 g of sulfur was added to 5 g of methyltrioctylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as an ionic liquid and stirred at 120 ° C. for 1 hour to obtain a uniform solution. Further, when a glass plate was placed at the container outlet and nitrogen was bubbled, yellow sulfur crystals were deposited on the glass plate. Similarly, when 0.5 g of ferrocene was added to 5 g of methyltrioctylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide and stirred at 120 ° C. for 1 hour, a uniform solution was obtained. When a glass plate was placed at the outlet of the vessel and nitrogen was bubbled, yellow ferrocene crystals were deposited on the glass plate. In any case, volatilization of the ionic liquid could not be confirmed. From these facts, it is understood that sulfur and ferrocene can be mainly introduced into the reaction apparatus even if an ionic liquid is added to the sulfur and ferrocene solution.

2 カーボンナノチューブ
11 触媒前駆組成物
2 Carbon nanotube
11 Catalyst precursor composition

Claims (8)

有機遷移金属錯体化合物を溶質として、含硫黄成分を溶媒として含有するカーボンナノチューブ製造用の触媒前駆組成物。   A catalyst precursor composition for producing carbon nanotubes containing an organic transition metal complex compound as a solute and a sulfur-containing component as a solvent. 硫黄元素に対して遷移金属を合計0.1〜10重量%含有し、前記含硫黄成分の沸点が1気圧にて50℃以上1000℃以下であり、前記含硫黄成分を硫黄元素として10質量%以上含有し、0℃〜200℃のいずれかの範囲で液体である請求項1に記載の触媒前駆組成物。   Contains a total of 0.1 to 10% by weight of transition metals with respect to the elemental sulfur, the boiling point of the sulfur-containing component is 50 ° C. or more and 1000 ° C. or less at 1 atm, and the sulfur-containing component contains 10% by mass or more as the sulfur element The catalyst precursor composition according to claim 1, wherein the catalyst precursor composition is liquid in a range of 0 ° C. to 200 ° C. 前記有機遷移金属錯体化合物がフェロセン、1,1-ジメチルフェロセン、ペンタメチルフェロセン、アセチルフェロセン、ベンゾイルフェロセン、シクロペンタジエニル鉄カルボニルダイマー、コバルトセン、ニッケロセンおよびテトラカルボニルニッケルから選択される少なくとも1つである請求項1または2に記載の触媒前駆組成物。   The organic transition metal complex compound is at least one selected from ferrocene, 1,1-dimethylferrocene, pentamethyl ferrocene, acetyl ferrocene, benzoyl ferrocene, cyclopentadienyl iron carbonyl dimer, cobalt cene, nickel ferrocene, and tetracarbonyl nickel. The catalyst precursor composition according to claim 1 or 2. 前記含硫黄成分が硫黄、チオフェン、メチルチオフェン、エチルチオフェン、ヘキシルチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、テトラヒドロチオフェン、スルホラン、テトラメチレンスルホキシド、炭素数3以上のアルキルチオールおよびチオフェノールから選択される少なくとも1つである請求項1〜3のいずれか1項に記載の触媒前駆組成物。   The sulfur-containing component is at least one selected from sulfur, thiophene, methylthiophene, ethylthiophene, hexylthiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, tetrahydrothiophene, sulfolane, tetramethylene sulfoxide, an alkylthiol having 3 or more carbon atoms, and thiophenol. The catalyst precursor composition according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の触媒前駆組成物の製造方法であって、溶融した含硫黄化合物に有機遷移金属錯体化合物を溶解させる工程を含む触媒前駆組成物の製造方法。   It is a manufacturing method of the catalyst precursor composition of any one of Claims 1-4, Comprising: The manufacturing method of a catalyst precursor composition including the process of dissolving an organic transition metal complex compound in the fuse | melted sulfur-containing compound. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の触媒前駆組成物を気化する工程と、
気化した前記有機遷移金属錯体化合物、および気化した前記含硫黄成分を反応炉内に供給する工程と、
炭素源ガスを反応炉内に供給する工程と
を含むカーボンナノチューブの製造方法。
Vaporizing the catalyst precursor composition according to any one of claims 1 to 4,
Supplying the vaporized organic transition metal complex compound and the vaporized sulfur-containing component into a reaction furnace;
Supplying a carbon source gas into the reaction furnace.
前記気化する工程は、前記触媒前駆組成物を0〜400℃の範囲のいずれかの温度下でバブリングして気化する工程である請求項6に記載のカーボンナノチューブの製造方法。   The method for producing carbon nanotubes according to claim 6, wherein the vaporizing step is a step of bubbling and vaporizing the catalyst precursor composition at any temperature within a range of 0 to 400 ° C. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の触媒前駆組成物を気化する手段と、
気化した前記有機遷移金属錯体化合物、および気化した前記含硫黄成分を反応炉内に供給する手段と、
炭素源ガスを反応炉内に供給する手段と
を備えるカーボンナノチューブの製造装置。
Means for vaporizing the catalyst precursor composition according to any one of claims 1 to 4,
Means for supplying the vaporized organic transition metal complex compound and the vaporized sulfur-containing component into a reaction furnace;
An apparatus for producing carbon nanotubes, comprising: means for supplying a carbon source gas into a reaction furnace.
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