ソルボサーマル合成均一多孔体を核とするCNT球状高次構造体の合成と等方性機能応用

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サブミクロンサイズの球状触媒上に全方向に成長させた長尺で均一な長さの高密度頭髪状カーボンナノチューブ（CNT）構造体（以下、等方性CNT構造体）の合成を試みた。まず、サブミクロンサイズの球状金属酸化物多孔体（TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2）に担持したCNT触媒（FeOx、CoOx、NiOx）を一段階ソルボサーマル法および二段階含浸法で調製した。これらの触媒を用い、アセチレンガスを炭素源とする化学熱気相成長法により、等方性 CNT構造体の合成を試みた。その結果、CNT成長触媒と触媒担体の各種組み合わせの中で、とりわけCNT成長触媒にFeOx、担体にZrO2を組合わせた球状多孔体触媒が、温度730 ℃、圧力65 Pa、アセチレンガス流量10 sccm、反応時間10 sの条件で、最も効率よく等方性CNT構造体を生成した。得られた等方性CNT構造体は、電子顕微鏡観察により、直径約500 nm核から全方向に約3μmのCNTが均一に成長した、ウニ状というよりは頭髪状の綿菓子のような構造をしていた。さらに詳細に観察すると、ソルボサーマル触媒を用いたCNT構造体は結晶性が高く、緻密で太く直線的であったが、含浸触媒を用いたCNT構造体はややまばらで細く、カールしていた。これら綿菓子状のCNT構造体が複数個集合することで、ユニークな層構造を構築することも見出した。