利用報告書 / User's Reports

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【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS1013

利用課題名 / Title

合金触媒粒子を用いた単層カーボンナノチューブ成長

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

カーボンナノチューブ，触媒,電子顕微鏡/ Electronic microscope


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

丸山 隆浩

所属名 / Affiliation

名城大学理工学部応用化学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

カマル・サラマ,水野慎也,四本真央,小山征哉,堀内順平,坂本陽向,砂子遙真

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

伊木志成子,平野佳穂,横山利彦

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-203：電界放出形透過型電子顕微鏡


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の電子状態は，その構造によって決定されるため，特定の構造（直径・カイラリティ）をもつSWCNTを選択的に作製する技術の開発が望まれてる。SWCNTは通常，粒径数ナノメートルの金属触媒粒子と原料ガスを反応させて作製する。しかし，反応温度が高温であるため，触媒粒子の凝集が生じ，その結果，均一な構造をもつSWCNTを得ることが困難であった。我々はこれまで高融点金属である白金族元素（Ru，Rh，Ir，Pr）のナノ粒子を触媒に用いてSWCNT合成を行ってきたが，触媒粒子の凝集を完全に防ぐことはできなかった。本研究では，新たに白金族元素から成る合金触媒粒子を触媒に用いたSWCNT合成を試みた。

実験 / Experimental

IrとRhとRuから成る合金触媒粒子を共同研究者の京都大学の北川宏教授と草田康平特定准教授に合成いただいた。本合金ナノ粒子はPVP（ポリビニルピロリドン）に担持されているため，アセトンでPVPをある程度除去したのち，スピンコート法によりSiO2/Si基板上に堆積させ，SWCNT合成を行った。その後，化学気相成長（CVD）装置に触媒粒子を堆積させた基板を導入し，アセチレンを原料としてSWCNT合成を行った。また，SWCNT合成には粒径3 nm程度以下の触媒粒子が望ましいため，本合金ナノ粒子をエタノール中に分散させ，透過電子顕微鏡（TEM）グリッド上に滴下し，粒径評価のためのTEM観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

図１に本合金ナノ粒子のTEM像を示す。除去しきれていないPVPの上に粒径3 nm以下の金属粒子が担持されている様子が観察された。すなわち，本合金ナノ粒子の粒径がSWCNT合成に適していることが確認できた。図２に800℃で合成を行った試料の走査電子顕微鏡（SEM）像を示す。長さ10 mm以上の繊維状の物質が密集して基板上に生成している様子が観察された。さらに本試料に対して行ったラマン分光測定では，スペクトル中にGバンドピークとRBMピークが観測されたことから，この繊維状の物質はSWCNTであり，IrRhRu合金粒子からSWCNTが生成していることが確認できた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


図１　合金触媒粒子のTEM像



図２　SWCNTのSEM像


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

TEM観察にご協力いただいた，伊木志成子特任専門員と平野佳穂技術員に感謝します。


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Takahiro Maruyama, Liquid-phase synthesis of single-walled carbon nanotubes using Co and Ir nanoparticle catalysts, Journal of Nanoparticle Research, 26, (2024).
    DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-024-06047-7
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Shinya Mizuno, Shusaku Karasawa, Takahiro Saida, Shigeya Naritsuka, Takahiro Maruyama, “Elucidation of growth mechanism of single-walled carbon nanotubes from Ni catalysts by in situ XAFS measurement”, 第67回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム，1P-12，高知工科大学 永国寺キャンパス，9月1日～3日（2024）
  2. 仲見果倫，カマルサラマ，才田隆広，丸山隆浩，「CoとIr触媒を用いた液相合成法による単層カーボンナノチューブ成長」，第85回応用物理学会秋季学術講演会，16p-A31-3，朱鷺メッセほか2会場＆オンライン，9月16日～20日（2024）
  3. 小山征哉，才田隆広，丸山隆浩，「その場DRIFTS測定によるカーボンナノチューブ成長下におけるAl2O3,SiO2担持Co触媒粒子上でのエタノール分解過程の分析」，第85回応用物理学会秋季学術講演会，16p-A31-5，朱鷺メッセほか2会場＆オンライン，9月16日～20日（2024）
  4. 水野慎也，柄澤周作，才田隆広，成塚重弥，丸山隆浩，「その場XAFS測定によるNi触媒からの単層カーボンナノチューブ成長メカニズムの解明」，第85回応用物理学会秋季学術講演会，16p-A31-9，朱鷺メッセほか2会場＆オンライン，9月16日～20日（2024）
  5. 四本真央，才田隆広，春山雄一，成塚重弥，丸山隆浩，「IrおよびCo触媒を用いた単層カーボンナノチューブ成長におけるバッファ層が与える効果の違い」，第85回応用物理学会秋季学術講演会，16p-A31-10，朱鷺メッセほか2会場＆オンライン，9月16日～20日（2024）
  6. 堀内順平，水野慎也，才田隆広，成塚重弥，丸山隆浩，「その場XAFS測定によるAl2O3担体上のFe触媒からの単層カーボンナノチューブ生成過程の解明」，第85回応用物理学会秋季学術講演会，17a-P01-8，朱鷺メッセほか2会場＆オンライン，9月16日～20日（2024）
  7. Takahiro Maruyama, Shu Matsuoka, Kamal Prasad Sharma, Takahiro Saida, Kohei Kusada, Hiroshi Kitagawa, “Single-walled carbon nanotube synthesis using high-entropy alloy catalysts composed of platinum-group metals”, The10th international Symposium on Surface Science(ISSS-10)，3D02，Kitakyushu International Conference Center，10月20日～24日（2024）
  8. Takahiro Maruyama, Shinya Mizuno, Jumpei Horiuchi, Shusaku Karasawa, Kamal Prasad Sharma, Shigeya naritsuka, Takahiro Saida, “In situ XAFS analysis on transition metal catalysts during SWCNT growth”, 14th A3 Symposium of Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Electronics(A3)，Fengcheng International Hotel，China，10月25日～29日（2024）
  9. Takahiro Maruyama, “Research Progress on Synthesis and Application of Carbon Nanotube toward Sustainable Society”, International Conference on Functional Nanomaterials and their Applications in Sustainability, Environment, Energy, and Biotechnology (ICFNA-2024), BITS Pilani, KK Birla Goa Campus, India, 11月16日～18日（2024）
  10. Takahiro Maruyama, Shu Matsuoka, Kamal Sharma, Takahiro Saida, Kohei Kusada and Hiroshi Kitagawa, “High Yield Single-Walled Carbon Nanotube Growth with Platinum-Group Metal Based High Entropy Alloy Catalysts”, 2024 MRS Fall Meeting & Exhibit, NM01.02.05, Boston, Massachusetts, USA, 12月1日～6日（2024）
  11. Jumpei Horiuchi, Shinya Mizuno, Takahiro Saida, Shigeya Naritsuka, Takahiro Maruyama, “Effect of carrier gas on chemical states of Fe catalysts during SWCNT growth: in situ XAFS study”, 第68回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム，1P-18，名城大学　天白キャンパス，3月3日～5日（2025）
  12. Haruma Sunako, Chen Zhao, Xinluo Zhao, Takahiro Maruyama, “High-yield synthesis of SWCNWs through fusion of high concentration of polyynes”, 第68回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム，1P-40，名城大学　天白キャンパス，3月3日～5日（2025）
  13. Yukiya Koyama, Takahiro Saida, Takahiro Maruyama, “Analysis of dissociation process of ethanol on Co catalysts supported on Al2O3 and SiO2 by in situ DRIFTS measurement”, 第68回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム，2P-17，名城大学　天白キャンパス，3月3日～5日（2025）
  14. Shinya Mizuno, Jumpei Horiuchi, Takahiro Saida, Shigeya Naritsuka, Takahiro Maruyama, “In situ XAFS analysis of single-walled carbon nanotube growth from metal Co catalysts formed by reduction with pure hydrogen”, 第68回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム，3P-18，名城大学　天白キャンパス，3月3日～5日（2025）
  15. 四本 真央，才田 隆広，春山 雄一，成塚 重弥，丸山 隆浩，「単層カーボンナノチューブ成長における遷移金属触媒に対する触媒担持層の効果の違い」，第72回応用物理学会春季学術講演会，14p-K207-2，東京理科大学　野田キャンパス，3月14日～17日（2025）
  16. 水野 慎也，柄澤 周作，才田 隆広，成塚 重弥，丸山 隆浩，「エタノールCVD中のその場XAFS測定によるNi触媒からの単層カーボンナノチューブ成長メカニズムの解明」，第72回応用物理学会春季学術講演会，14p-K207-5，東京理科大学　野田キャンパス，3月14日～17日（2025）
  17. 堀内 順平，水野 慎也，才田 隆広，成塚 重弥，丸山 隆浩，「その場XAFS測定によるアセチレンを原料に用いたFe触媒からの単層カーボンナノチューブ生成過程の解明」，第72回応用物理学会春季学術講演会，14p-K207-6，東京理科大学　野田キャンパス，3月14日～17日（2025）
  18. 小山 征哉，才田 隆広，丸山 隆浩，「その場DRIFTS測定によるカーボンナノチューブ成長下におけるCo触媒粒子上でのエタノールとアセチレンの分解過程の分析」，第72回応用物理学会春季学術講演会，14p-K207-8，東京理科大学　野田キャンパス，3月14日～17日（2025）
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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