新規回転式CVD法による高活性触媒材料の開発

光触媒や自動車排ガス触媒などの触媒反応は、触媒-担体-気相の三相界面で進行するため、反応比表面積が大きいほど触媒活性が高い。反応比表面積を増加させるためには、金属ナノ粒子をナノサイズのセラミックス担体粒子に均一に被覆する方法が最適である。これまで、CVD法を用いた粉末の被覆技術としては、粉末を送風によって反応容器内に浮遊させる流動床法が行われている。しかし、この方法で粉末を送風によって効率よく浮遊させるためには、約50μm程度の大きな凝集体を形成する必要があること、個々の粉末に対する被覆率や組成の制御が困難であること、ナノサイズの粉末を浮遊および捕集することが出来ないなどの問題がある。本研究で開発した粉体回転CVD装置では、ナノサイズの粉末であっても、担体表面に所望の材料を均一に析出させることが出来る。さらに、CVD法の特長を活かして、反応温度、炉内圧力などの合成条件を精密に制御することにより、析出粒子の形状や分散状態を制御することが出来る。本研究では、回転式CVD法により、種々の粉体(hBN、cBN、Al_2O_3、TB_2、SiC、AlN、ゼオライト、メソポーラスシリカ)上にNiナノ粒子を析出させた。cBNおよびAlN粉体ではNiナノ粒子の析出と伴いカーボンナノチューブ(CNT)も生成したが、他の粉体ではCNTが生成しなかった。比表面積の最も大きいメソポーラスシリカ粉体では、数nmのNiナノ粒子がナノポアに充填し、水素製造速度が最も大きかった。また、その水素製造速度は、これまで報告された他の触媒(Ni、Cuなど)よりも大きかった。

光触媒や自動車排ガス触媒などの触媒反応は、触媒-担体-気相の三相界面で進行するため、反応比表面積が大きいほど触媒活性が高い。反応比表面積を増加させるためには、金属ナノ粒子をナノサイズのセラミックス担体粒子に均一に被覆する方法が最適である。これまで、CVD法を用いた粉末の被覆技術としては、粉末を送風によって反応容器内に浮遊させる流動床法が行われている。しかし、この方法で粉末を送風によって効率よく浮遊させるためには、約50μm程度の大きな凝集体を形成する必要があること、個々の粉末に対する被覆率や組成の制御が困難であること、ナノサイズの粉末を浮遊および捕集することが出来ないなどの問題がある。本研究で開発した粉体回転CVD装置では、ナノサイズの粉末であっても、担体表面に所望の材料を均一に析出させることが出来る。さらに、CVD法の特長を活かして、反応温度、炉内圧力などの合成条件を精密に制御することにより、析出粒子の形状や分散状態を制御することが出来る。本研究では、回転式CVD法により、種々の粉体(hBN、cBN、Al_2O_3、TB_2、SiC、AlN、ゼオライト、メソポーラスシリカ)上にNiナノ粒子を析出させた。cBNおよびAlN粉体ではNiナノ粒子の析出と伴いカーボンナノチューブ(CNT)も生成したが、他の粉体ではCNTが生成しなかった。比表面積の最も大きいメソポーラスシリカ粉体では、数nmのNiナノ粒子がナノポアに充填し、水素製造速度が最も大きかった。また、その水素製造速度は、これまで報告された他の触媒(Ni、Cuなど)よりも大きかった。