液相一段合成法によるカーボンナノ材料の創製とその応用

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カーボンナノチューブ(CNTs)をはじめとするカーボンナノ材料(CNMs)の液相一段(OS-LP)合成法は、有機金属錯体(CNM成長触媒前駆体)を溶解させたアルコール(炭素源)中において基板を抵抗加熱する常圧一段プロセスであり、多様なCNMsをステンレスなどの基板上に簡便に短時間合成することが可能である。OS-LP法の最大の利点として、CNMsの生成や形態に影響を与える諸因子(アルコール、錯体、基材、添加物など)の組み合わせにより容易に種々のCNMsの選択合成や複合材料合成が行える点が挙げられる。平成24年度は主に、より応用(燃料電池材料等)を見据えた検討として、抵抗加熱基材にカーボンペーパー(燃料電池電極のガス拡散層などとして利用される)を使用し、その表面に1.単層CNTs(SWCNTs)や2.Ptナノ粒子といったナノ材料を直接合成し、複合材料としての性能を評価した。1.適切なアルコール及び錯体の選択により、基材のカーボンペーパー表面に。S-LP法により直接SWCNTsを合成し、SWCNTsとカーボンペーパーの複合材料を作製することに成功した。抵抗加熱基材の組成や表面状態が金属原子(錯体の熱分解により生成)の拡散速度や近傍の沸騰状態に影響を与えるため、基材の違いにより、最終的なCNMの生成形態に影響を与えるという知見を得るとともに、燃料電池電極材料等に有望なSWCNT-カーボンペーパー複合材料の新規合成法を確立した。2.OS-LP法を活用し、適切な使用試薬・合成条件の選択により、基材のカーボンペーパー表面に高分散にPtナノ粒子を合成した。複合材料として基材ごと、Ptナノ粒子の性能を電気化学的に評価したところ、既存のカーボン担持Pt触媒と比較して特徴的かつ優れた特性を示した。