炭素および珪素系繊維基材へのナノカーボン構造体の創製とその応用

纳米碳结构的创建及其在碳和硅纤维基材上的应用

基本信息

批准号：
22K04704
负责人：
山際清史
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Teikyo University of Science & 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-22K04704/
关键词：
カーボンナノチューブナノカーボンナノ粒子繊維電極触媒 CVD 液相

项目摘要

本研究では、カーボンナノチューブ（CNT）をはじめとするナノカーボンの合成基材として、繊維基材に着目をし、繊維基材であることにより発現する特異的なナノカーボン集合体や自立膜の創製の可能性を見出すこと、また種々の応用を見据えたナノカーボン/繊維基材の複合材料の作製を、CVD法および独自の液相合成プロセスによって試みる。令和4年度は特に、CVD法による種々のステンレス線材（ステンレス微細メッシュやステンレスフィルターなど）へのCNT合成と、液相合成プロセスによる新規“ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製とその電極としての特性評価を中心に研究が進められた。CVD法によるステンレス線材へのCNT合成では、線材の繊維径（表面曲率）がCNTの生成密度や配向成長に与える影響と、合成前の基材の表面処理がCNTの生成密度と配向性に与える効果を検討した。主に電子顕微鏡（走査型および透過型）による形態観察により、評価を行った。液相合成プロセスによる“ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製については、合成条件を最適化する過程でその生成機構の考察を進めた。また合成溶液に予め白金錯体を溶解させておくことで“Pt担持ひだ状ナノ構造体”/炭素繊維基材の作製を試みた。ナノ構造体やナノ粒子について電子顕微鏡により形態観察をし、電子顕微鏡に備え付けの蛍光X線分析装置によりナノ粒子の組成分析を行った。また燃料電池電極としての応用も見据え、基材ごと電極（作用極）に用い、電気化学的特性として特にそのメタノール酸化特性を評価した。

在这项研究中，我们重点关注作为合成碳纳米管（CNT）等纳米碳的基础材料的纤维基材，并创建了使用纤维基材生产的独特的纳米碳聚集体和自支撑膜。通过使用CVD方法和独特的液相合成工艺，纳米碳/纤维基复合材料在各种应用中的可能性。 2020财年，我们将特别关注使用CVD方法将CNT合成到各种不锈钢线材（不锈钢细网、不锈钢过滤器等），以及新型“褶状纳米结构”/碳纤维基材的生产使用液相合成过程的研究重点是评估其作为电极的特性。采用CVD法在不锈钢丝上合成CNT时，丝材的纤维直径（表面曲率）对CNT生成密度和取向生长的影响，以及合成前基材表面处理对CNT的影响我们研究了生成密度和方向的影响。评价主要通过使用电子显微镜(扫描型和透射型)的形态观察来进行。对于采用液相合成工艺生产“褶状纳米结构”/碳纤维基材，我们在优化合成条件的过程中研究了其形成机制。我们还尝试通过预先将铂络合物溶解在合成溶液中来创建“铂支撑的褶皱纳米结构”/碳纤维基材。使用电子显微镜观察纳米结构和纳米颗粒的形貌，并使用电子显微镜附带的荧光X射线分析仪分析纳米颗粒的成分。此外，着眼于用作燃料电池电极，我们使用整个基材作为电极（工作电极）并评估其电化学性能，特别是其甲醇氧化性能。