金属ナノ粒子を鋳型にした湾曲グラフェンの作製と構造評価

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近年、グラフェンに点欠陥や8員環などの大きな多員環を導入することで、グラフェンが燃料電池用触媒としての機能性を発現する可能性が指摘されているが、グラフェン構造に意図的かつ制御された状態で大きな多員環を導入する手法は報告されていない。金属ナノ粒子を鋳型とした制御された周期局面をもつ触媒上にグラフェンを成長させることで、グラフェン上の凹局面に意図的に多員環を生み出すことが期待される。本研究では、基板上に成膜した金属ナノ粒子膜に対して化学気相蒸着法（CVD法）を用いてグラフェンを成長させ、その構造をラマン分光法を用いて評価した。Si基板上に金属ナノ粒子（Fe, Cu, Au）をスピンコート法を用いて塗布し、SEM観察から基板上の金属ナノ粒子の配列を観察することで、金属ナノ粒子が六方最密状に配列する条件（溶媒・金属ナノ粒子密度、スピン速度）を決定した。これを真空チャンバーに挿入し、真空中で400℃～600℃の範囲で加熱し、そこにArガスで希釈したアセチレンガスを導入してCVDを行った。その後、CVD後のSi基盤を待機中に取り出し、ラマン分光法を用いてCVDによる生成物の評価を行った。この結果、Fe,Cuでは400℃程度から、Auでは600℃程度からカーボンブラック様のスペクトルが観測された。しかしながら、Feナノ粒子では400℃程度の低温域でCVDを行うことで、Dバンド付近(1350-1370 cm-1)のブロードなピークの低端数側(1310 cm-1)に鋭いピークが生じることが確認された。このピークの起源については明らかではないが、カーボンブラックとともに別の生成物が生じていることが示唆される。また、Feナノ粒子では650℃でCVDを行うことで、ダイヤモンドライクカーボン状のスペクトルが観測された（2017春・秋応用物理学会）。