[發明專利]經結構控制的碳納米壁以及碳納米壁的結構控制方法

有效

• 申請號: 200780026311.3
• 申請日: 2007-07-25
• 公開（公告）號: CN101489926A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 堀勝;平松美根男;加納浩之;杉山徹;濱雄一郎
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J32/00;B01J21/18;H01M4/96
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 段承恩;田 欣

技術領域

本發明涉及碳納米壁的結構控制方法，同時涉及由該方法得到的表面 積和結晶性等的結構被控制的新型的碳納米壁。

背景技術

作為具有納米尺寸結構的碳系多孔性材料，有石墨和無定形的碳系多 孔性材料，例如已知富勒烯、碳納米管、碳納米喇叭、碳納米薄片等。

在具有納米尺寸結構的碳系多孔性材料中，碳納米壁(CNW)是具有 二維擴展的碳納米結構體，典型例是具有從基材的表面以大致一定的方向 立起的壁狀結構的碳納米壁。富勒烯(C60等)是零維的碳納米結構體， 碳納米管可以看作一維的碳納米結構體。另外，碳納米薄片是類似于碳納 米壁的具有二維擴展的平面狀小片集合體，但是是象薔薇花瓣那樣，一個 個小片并不相互連接，并且相對于基板的取向性劣于碳納米壁的碳納米結 構體。因此，碳納米壁是具有與富勒烯、碳納米管、碳納米喇叭、碳納米 薄片完全不同的特征的碳納米結構體。

本發明者們著眼于碳納米壁，對于其制造方法和制造裝置已經在日本 特開2005-97113號公報中公開。具體地如圖7所示，將至少以碳為構成元 素的原料氣體32導入反應室10內。在該反應室10中設有包含第一電極 22和第二電極24的平行平板型電容耦合等離子體(CCP)發生機構20。 由此，照射RF波等的電磁波，原料氣體32形成等離子化了的等離子氣氛 34。另一方面，在設置于反應室10的外部的自由基發生室41中，利用RF 波等分解至少含有氫的自由基源氣體36，生成氫自由基38。將該氫自由基 38注入等離子氣氛34中，在配置于第二電極24上的基板15的表面形成 碳納米壁。

發明內容

已知好幾種碳納米壁(CNW)的存在及其基本的生成方法，但用于使 碳納米壁(CNW)的形狀及物性符合其使用用途、形成為最佳的碳納米壁 的結構控制方法，目前尚不清楚。

因此，本發明的目的是，提供使碳納米壁(CNW)的壁間的間隔變化， 控制其表面積，控制其結晶性，提高在高電位下的耐腐蝕性的碳納米壁 (CNW)的結構控制方法，同時提供經結構控制的高表面積的碳納米壁 (CNW)以及高結晶性的碳納米壁(CNW)。

本發明者們發現，通過使等離子CVD的碳納米壁(CNW)生成工藝 中的工藝氣體的導入量比發生變化，可使碳納米壁(CNW)的壁間的間隔 發生變化，能夠控制其表面積和結晶性等的結構，從而完成了本發明。

即，第1，本發明是控制了形狀和物性等的結構的碳納米壁的發明， 為下述(1)～(3)。

(1)一種壁表面積為50cm²/cm²-基板·μm以上的高表面積的碳納米 壁。(在此，壁表面積是每單位基板面積、每單位壁高度的壁表面積。) 例如，作為燃料電池用的電極催化劑載體使用碳納米壁的場合，其表面積 大時，催化劑擔載量增加，因此是優選的，優選壁表面積為50cm²/cm²-基 板·μm以上的碳納米壁，更優選壁表面積為60cm²/cm²-基板·μm以上的碳 納米壁，進一步優選壁表面積為70cm²/cm²-基板·μm以上的碳納米壁。

(2)一種具有以照射激光波長514.5nm測定的拉曼光譜的D譜帶半 值寬為85cm^-1以下的結晶性的碳納米壁。例如，作為重視導電性大小的電 子材料使用碳納米壁的場合，其結晶性高者導電性高，同時在高電位下的 耐腐蝕性優異，因此優選具有拉曼光譜的D譜帶半值寬為85cm^-1以下的結 晶性的碳納米壁，更優選具有拉曼光譜的D譜帶半值寬為65cm^-1以下的結 晶性的碳納米壁，進一步優選具有拉曼光譜的D譜帶半值寬為50cm^-1以下 的結晶性的碳納米壁。

(3)一種同時具有高表面積和高結晶性的碳納米壁，其壁表面積為 50cm²/cm²-基板·μm以上，同時具有以照射激光波長514.5nm測定的拉曼 光譜的D譜帶半值寬為85cm^-1以下的結晶性。該碳納米壁，由于其表面積 大，因此催化劑擔載量增加，同時由于其結晶性高，因此導電性高且在高 電位下的耐腐蝕性優異，特別是作為燃料電池用的電極催化劑載體最合適。