JP2002356776A - 単層カーボンナノチューブの製造方法 - Google Patents

単層カーボンナノチューブの製造方法

Info

Publication number
JP2002356776A
JP2002356776A JP2001163190A JP2001163190A JP2002356776A JP 2002356776 A JP2002356776 A JP 2002356776A JP 2001163190 A JP2001163190 A JP 2001163190A JP 2001163190 A JP2001163190 A JP 2001163190A JP 2002356776 A JP2002356776 A JP 2002356776A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
catalyst
carbon nanotube
alumina
carbon nanotubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001163190A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3451339B2 (ja
Inventor
Fumiyuki Hoshi
文之 星
Takefumi Ishikura
威文 石倉
Morio Yumura
守雄 湯村
Satoru Oshima
哲 大嶋
Shuzo Fujiwara
修三 藤原
Yoshinori Koga
義紀 古賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Tokyo Gas Co Ltd filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2001163190A priority Critical patent/JP3451339B2/ja
Publication of JP2002356776A publication Critical patent/JP2002356776A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3451339B2 publication Critical patent/JP3451339B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 径や長さが比較的揃った単層カーボンナノチ
ューブを低温で合成するためのカーボンナノチューブの
製造方法を提供する。 【解決手段】 アルカリ金属、硫黄及びシリカからなる
不純物の含有量が0.05%以下の高純度アルミナにカ
ーボンナノチューブ生成反応に活性を有する触媒金属と
その触媒助剤金属としてモリブデンを含有させたものか
らなる活性基体上に、700〜800℃の温度におい
て、有機炭素原料の気体を流通させることを特徴とする
単層カーボンナノチューブの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CVD法(化学蒸
着法)により単層カーボンナノチューブを製造する方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】単層カーボンナノチューブの合成にはア
ーク放電法、レーザー照射法が主に用いられている。ア
ーク放電やレーザー照射法によるカーボンナノチューブ
の合成においては空排気装置や高電圧・大電流電源など
の高価かつ危険な装置を必要とし、また生成量も少な
く、多層カーボンナノチューブや黒鉛、アモルファスカ
ーボンが混在し、単層カーボンナノチューブの径や長さ
のばらつきが大きい等の問題がある。また、触媒金属を
含有させた活性基体上で、炭素源となる炭化水素を熱分
解させて、該基体上に直接カーボンナノチューブを生成
させるCVD法が知られている。このCVD法では通常
850〜1000℃程度の反応温度が必要とされてお
り、多量の熱エネルギーの使用を要するという問題があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は径や長さが比
較的揃った単層カーボンナノチューブを低温で合成する
ためのカーボンナノチューブの製造方法を提供すること
をその課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、以下の発明が提供さ
れる。 (1)アルカリ金属、硫黄及びシリカからなる不純物の
含有量が0.05%以下の高純度アルミナにカーボンナ
ノチューブ生成反応に活性を有する触媒金属とその触媒
助剤金属としてモリブデンを含有させたものからなる活
性基体上に、700〜800℃の温度において、有機炭
素原料の気体を流通させることを特徴とする単層カーボ
ンナノチューブの製造方法。 (2)該触媒金属が、Fe、Co及びNiの中から選ば
れる少なくとも1種の金属を含有する前記(1)に記載
の方法。 (3)該炭素原料としてメタンを用いる前記(1)〜
(2)のいずれかに記載の方法。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のカーボンナノチューブの
製造方法においては、カーボンナノチューブを成長させ
る活性基体として、アルカリ金属(Na、K等)、硫黄
及びシリカからなる不純物の含有量が0.05%以下、
好ましくは0.01%以下の高純度アルミナに触媒金属
とその触媒助剤金属を含有させたものを用いる。この場
合の高純度アルミナは、例えば、高純度のアルミニウム
トリアルコキシドを原料とし、これを加水分解し、焼成
することにより製造することが出来る。アルミナの形態
は、粉末状、ペレット状、板体状などの各種の形状であ
ることが出来る。
【0006】本発明で用いる活性基体を製造するには、
前記高純度アルミナを触媒金属とその触媒助剤金属を溶
解状で含む溶液と接触させ、アルミナにその触媒金属と
触媒助剤金属を含有させる。この場合の触媒金属として
は、カーボンナノチューブの成長に活性を有する従来公
知の触媒金属、例えばFe、Co、Ni等の各種の遷移
金属を1種もしくは2種組み合わせて用いることが出来
る。触媒助剤金属としては、Moが用いられる。これら
の触媒金属及びその触媒助剤金属は可溶性塩、例えば、
硝酸塩という形態で用いられる。触媒金属及びその触媒
助剤金属を溶解状で含む溶液(金属溶液)は、触媒金属
及びその触媒助剤金属を可溶性塩の形態で、それを溶解
する溶媒、例えば、水、低級アルコール等の有機溶媒又
は水と水溶性有機溶媒との混合液、好ましくは水に溶解
させることによって調製することが出来る。この触媒金
属及びその触媒助剤金属を含む溶液において、その金属
濃度はその飽和溶解濃度以下であるが、通常は0.01
〜0.05%、好ましくは0.005〜0.01%であ
る。アルミナと金属溶液との接触法としては、浸漬法や
スプレー法等があるが、通常は浸漬法が用いられる。そ
の接触温度は室温〜80℃、好ましくは50〜60℃で
ある。前記アルミナと金属溶液との接触により、触媒溶
液はアルミナに含浸される。
【0007】この触媒金属及び触媒助剤金属を含有する
アルミナにおいて、その触媒金属の含有量は、触媒金属
として、1〜20%、好ましくは5〜10%である。そ
の触媒助剤金属としてのMoの含有量は、金属Moとし
て、0.1〜1.5%、好ましくは0.3〜0.8%で
ある。アルミナに含有されたそれら金属の形態は、カー
ボンナノチューブの生成を促進させる形態であればよ
く、金属形態の他、金属酸化物、金属水酸化物の形態で
あることができる。金属形態の場合、前記で得られた金
属含有アルミナは、これを水素還元すればよい。また、
金属酸化物形態の場合、前記で得られた金属含有アルミ
ナは、これを焼成すればよい。
【0008】本発明により触媒金属及び触媒助剤金属を
含有する活性基体を好ましく製造するには、先ずそれら
金属を含有する粉体状アルミナを作り、次に、このアル
ミナを所要形状に成形する方法と、Siや石英ガラス等
の基板に塗布する方法がある。この場合、粉体状アルミ
ナにおいては比表面積は100〜250cm2/g、好
ましくは200〜250cm2/gである。
【0009】本発明によりカーボンナノチューブを製造
するには、前記触媒金属と触媒助剤金属を含有するアル
ミナからなる基体の存在下において、有機炭素原料を流
通させながら熱分解させる。この場合の反応温度(熱分
解温度)は700〜1000℃であればよく、特に制約
されないが、本発明の場合、特に700〜800℃とい
う低い温度においてカーボンナノチューブの製造が可能
であるという大きな利点がある。有機炭素原料の流通速
度は、ガス空間速度(GHSV)で2000〜2000
00hr-1、好ましくは、5000〜10000hr-1
である。
【0010】前記有機炭素原料としては、特に制約され
ず、高温で炭素化されるものであればよい。このような
ものとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の
飽和炭化水素;エチレン、プロピレン、ブテン、イソブ
テン等の不飽和炭化水素;アセチレン等のアセチレン系
化合物;ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン等
の芳香族炭化水素、これらの混合物(例えばナフサや軽
油等)等が包含される。前記有機炭素原料を熱分解する
場合、その気体中にはアルゴンガスや水素ガスをキャリ
アーとして混入することができる。また、有機炭素原料
には、硫化水素やメルカプタン等のイオウ化合物を適量
加えることができる。これにより、基体状に真っ直ぐな
カーボンナノチューブを得ることが出来る。本発明によ
り得られるカーボンナノチューブは、細径のもので、そ
の太さ(直径)は、通常0.5〜2nm程度の単層のも
のである。
【0011】
【実施例】次に本発明を実施例により詳細に説明する。
【0012】実施例1 ナトリウム含有量が0.01%以下の純度が99.95
%以上である高純度γ−アルミナ粉末1.0gを、硝酸
鉄(Fe(NO3)2・9H2O)0.2gと酸化モリブデ
ンアセチルアセトナート((CH3COCHCOCH3)2
MoO2)0.01gをメタノール35mlに溶解させ
て得た溶液中に30分間浸し、3時間超音波処理により
分散させた。これをSi基板に塗布し、空気中で120
℃で1時間乾燥させた。次に、この基板をアルミナボー
トにのせ、電気炉に挿入し、アルゴン雰囲気下で700
℃まで昇温させた後、メタンを60cc/分、アルゴン
を240cc/分を5分間流通させた。その結果、基板
表面にはバンドルになったカーボンナノチューブが堆積
した。カーボンナノチューブの太さ(直径)は1nm程
度であった。
【0013】比較例1 ナトリウム含有量が0.01%以下の純度が99.95
%以上である高純度γ−アルミナ粉末1.0gを硝酸鉄
九水和物(Fe(NO3)2・9H2O)0.2gをメタノ
ール35mlに溶解させて得た溶液中に30分間浸し、
3時間超音波処理により分散させた。これをSi基板に
塗布し、空気中で120℃で1時間乾燥させた。次に、
この基板をアルミナボートにのせ、電気炉に挿入し、ア
ルゴン雰囲気下で700℃まで昇温させた後、メタンを
60cc/分、アルゴンを240cc/分を5分間流通
させた。その結果、基板表面にはバンドルになったカー
ボンナノチューブが極くわずか生成した。カーボンナノ
チューブの太さ(直径)は1nm程度であった。
【0014】比較例2 ナトリウム含有量が0.02%、鉄0.6%程度の不純
物を含むγ−アルミナ粉末1.0gを硝酸鉄九水和物
0.2gと酸化モリブデンアセチルアセトナート0.0
1gをメタノール35mlに溶解させて得た溶液中に3
0分間浸し、3時間超音波処理により分散させた。これ
をSi基板に塗布し、700℃で実施例1と同様に反応
させた。その結果、基板表面にはアモルファスカーボン
が堆積し、カーボンナノチューブは生成していなかっ
た。
【0015】実施例2 ナトリウム含有量が0.01%以下の純度が99.95
%以上である高純度γ−アルミナ粉末1.0gを硝酸コ
バルト(Co(NO3)2)0.1gと酸化モリブデンア
セチルアセトナート0.01gをメタノールに溶解させ
て得た溶液中に30分間浸し、3時間超音波処理により
分散させた。これをSi基板に塗布し、800℃で実施
例1と同様に反応させた。基板表面に、バンドルになっ
たカーボンナノチューブが堆積した。その太さ(直径)
は1.2nm程度であった。
【0016】実施例3 99.999%のAl(OCH(CH3)2)34.0gを
イソプロパノール140mlに加え、還流により溶解さ
せた溶液中に、硝酸ニッケル(Ni(NO3)2)0.1g
と酸化モリブデンアセチルアセトナート0.01gをイ
ソプロパノール10mlに溶解させて得た溶液を混合し
た。これをSi基板に塗布し、800℃で実施例1と同
様に反応させた。基板表面に、バンドルになったカーボ
ンナノチューブが堆積した。カーボンナノチューブの太
さ(直径)は0.8nm程度であった。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、700〜800℃とい
う比較的低い反応温度で、単層カーボンナノチューブを
製造することができる。従って、本発明は、省エネルギ
ーの点及び装置コストの点で非常に有利な方法である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石倉 威文 東京都港区海岸1−5−20 東京瓦斯株式 会社内 (72)発明者 湯村 守雄 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人 産業技術総合研究所 つくばセンター 内 (72)発明者 大嶋 哲 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人 産業技術総合研究所 つくばセンター 内 (72)発明者 藤原 修三 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人 産業技術総合研究所 つくばセンター 内 (72)発明者 古賀 義紀 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人 産業技術総合研究所 つくばセンター 内 Fターム(参考) 4G046 CA02 CB03 CC02 CC03 CC06 CC08 4K030 AA09 AA10 AA16 BA27 BB11 CA05 FA10 JA10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ金属、硫黄及びシリカからなる
    不純物の含有量が0.05%以下の高純度アルミナにカ
    ーボンナノチューブ生成反応に活性を有する触媒金属と
    その触媒助剤金属としてモリブデンを含有させたものか
    らなる活性基体上に、700〜800℃の温度におい
    て、有機炭素原料の気体を流通させることを特徴とする
    単層カーボンナノチューブの製造方法。
  2. 【請求項2】 該触媒金属が、Fe、Co及びNiの中
    から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】 該炭素原料としてメタンを用いる請求項
    1〜2のいずれかに記載の方法。
JP2001163190A 2001-05-30 2001-05-30 単層カーボンナノチューブの製造方法 Expired - Lifetime JP3451339B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001163190A JP3451339B2 (ja) 2001-05-30 2001-05-30 単層カーボンナノチューブの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001163190A JP3451339B2 (ja) 2001-05-30 2001-05-30 単層カーボンナノチューブの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002356776A true JP2002356776A (ja) 2002-12-13
JP3451339B2 JP3451339B2 (ja) 2003-09-29

Family

ID=19006207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001163190A Expired - Lifetime JP3451339B2 (ja) 2001-05-30 2001-05-30 単層カーボンナノチューブの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3451339B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006213590A (ja) * 2005-01-04 2006-08-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 極細単層カーボンナノチューブからなる炭素繊維集合体及びその製造方法
WO2007105707A1 (ja) 2006-03-13 2007-09-20 Nikon Corporation カーボンナノチューブ集合体の製造方法、カーボンナノチューブ集合体、触媒粒子分散膜、電子放出素子、及び、電界放出型ディスプレイ
JP2008526683A (ja) * 2005-01-11 2008-07-24 本田技研工業株式会社 長いカーボン単層ナノチューブを成長させるための方法
JP2009528238A (ja) * 2005-12-19 2009-08-06 ナンテロ,インク. カーボンナノチューブの生成
JP2015057367A (ja) * 2008-05-01 2015-03-26 本田技研工業株式会社 高品質なカーボン単層ナノチューブの合成

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108383104B (zh) * 2018-03-27 2019-11-22 清华大学 一种原位生成的碳纳米管及其制备方法与应用

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006213590A (ja) * 2005-01-04 2006-08-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 極細単層カーボンナノチューブからなる炭素繊維集合体及びその製造方法
JP4706058B2 (ja) * 2005-01-04 2011-06-22 独立行政法人産業技術総合研究所 極細単層カーボンナノチューブからなる炭素繊維集合体の製造方法
JP2008526683A (ja) * 2005-01-11 2008-07-24 本田技研工業株式会社 長いカーボン単層ナノチューブを成長させるための方法
JP2009528238A (ja) * 2005-12-19 2009-08-06 ナンテロ,インク. カーボンナノチューブの生成
WO2007105707A1 (ja) 2006-03-13 2007-09-20 Nikon Corporation カーボンナノチューブ集合体の製造方法、カーボンナノチューブ集合体、触媒粒子分散膜、電子放出素子、及び、電界放出型ディスプレイ
JP2015057367A (ja) * 2008-05-01 2015-03-26 本田技研工業株式会社 高品質なカーボン単層ナノチューブの合成
JP2016164122A (ja) * 2008-05-01 2016-09-08 本田技研工業株式会社 高品質なカーボン単層ナノチューブの合成
JP2017222565A (ja) * 2008-05-01 2017-12-21 本田技研工業株式会社 高品質なカーボン単層ナノチューブの合成
US10850984B2 (en) 2008-05-01 2020-12-01 Honda Motor Co., Ltd. Synthesis of high quality carbon single-walled nanotubes

Also Published As

Publication number Publication date
JP3451339B2 (ja) 2003-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tessonnier et al. Recent progress on the growth mechanism of carbon nanotubes: a review
US7504570B2 (en) Method of manufacturing carbon nanotubes
Pham-Huu et al. Large scale synthesis of carbon nanofibers by catalytic decomposition of ethane on nickel nanoclusters decorating carbon nanotubes
ES2658069T3 (es) Procedimiento de síntesis de nanotubos de carbono
JP5702043B2 (ja) 不均一触媒でガス状炭素化合物を分解することによりカーボンナノチューブを製造するための触媒
Prasek et al. Methods for carbon nanotubes synthesis
JP5065898B2 (ja) 狭小な直径分布のカーボン単層ナノチューブの合成
KR101508101B1 (ko) 높은 비표면적을 갖는 탄소나노튜브 및 그 제조 방법
Kukovecz et al. Catalytic synthesis of carbon nanotubes over Co, Fe and Ni containing conventional and sol–gel silica–aluminas
JP6449251B2 (ja) 酸化炭素を含まない水素およびバンブー構造カーボンナノチューブを製造するための低級炭化水素の触媒分解
US20080206125A1 (en) Catalyst System for a Multi-Walled Carbon Nanotube Production Process
US8835006B2 (en) Carbon nanohorn carried material and process for producing carbon nanotube
JP2004525853A5 (ja)
TW201119979A (en) Process for the oxidative coupling of methane
JP2013502309A (ja) 二層触媒と、その製造方法と、ナノチューブの製造でのその使用
WO2007088867A1 (ja) カーボンナノチューブの製造方法及び製造装置
JP2015048263A (ja) 単層カーボンナノチューブ及び二層カーボンナノチューブを含有しているカーボンナノチューブ集合体、並びにその合成方法
Zhu et al. A new method for synthesizing double-walled carbon nanotubes
Toussi et al. Effect of synthesis condition on the growth of SWCNTs via catalytic chemical vapour deposition
JP2002356776A (ja) 単層カーボンナノチューブの製造方法
KR20090087454A (ko) 나노튜브, 특히 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이의 용도
JP2002180252A (ja) カーボンナノチューブの製造方法
CN101213020B (zh) 碳纳米管的合成方法
JP2004018309A (ja) カーボンナノチューブの製造方法
KR20180116270A (ko) 섬유상 탄소 나노 구조체의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3451339

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080718

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080718

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090718

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090718

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100718

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100718

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 9

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term