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

溶剂热合成均匀多孔核碳纳米管球形高阶结构的合成及各向同性函数的应用

• 批准号: 22K04819
• 负责人: 小廣 和哉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kochi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04819/
• 关键词: 金属酸化物球状多孔体; ソルボサーマル合成; CNT球状構造体; メタマテリアル; カーボンナノチューブ; 球状多孔体

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。

我们尝试合成在亚微米尺寸的球形催化剂上向各个方向生长的长的、长度均匀的、高密度的毛发状碳纳米管（CNT）结构（以下简称各向同性CNT结构）。首先，采用一步溶剂热法和两步浸渍法制备了负载在亚微米级球形金属氧化物多孔体（TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2）上的CNT催化剂（FeOx、CoOx、NiOx）。使用这些催化剂，我们尝试使用乙炔气作为碳源通过化学热气相沉积合成各向同性碳纳米管结构。结果，在CNT生长催化剂和催化剂载体的各种组合中，我们发现将FeOx作为CNT生长催化剂和ZrO2作为载体相结合的球形多孔催化剂在730℃的温度、65Pa的压力下特别有效，乙炔气体流量为 10 sccm，各向同性 CNT 结构在 10 s 的反应时间下最有效地生产。通过电子显微镜观察所获得的各向同性碳纳米管结构，结果表明，直径约3微米的碳纳米管从直径约500纳米的核心向各个方向均匀生长，类似于头发状的棉花糖结构，而不是海胆形状。我正在做。更详细的观察表明，使用溶剂热催化剂的CNT结构具有高结晶度、致密、厚且直，而使用浸渍催化剂的CNT结构稍微稀疏、薄且卷曲。他们还发现，通过聚集多个棉花糖状碳纳米管结构可以构建独特的层状结构。