原子配列を制御してCNTを合成 東北大：NiSnFe触媒を用い合成条件を最適化（1/2 ページ）

東北大学の加藤俊顕准教授らによる研究グループは、カーボンナノチューブ（CNT）の原子配列である「カイラリティ」を制御して合成する手法を開発した。新たに開発したNiSnFe（ニッケル、スズ、鉄）触媒を用い、95％以上の超高純度で（6,5）カイラリティCNTのみを選択的に合成することに成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

同一のカイラリティCNTを束ね、CNT超結晶を形成できる可能性も

　東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）／大学院工学研究科電子工学専攻の加藤俊顕准教授らによる研究グループは2024年9月、カーボンナノチューブ（CNT）の原子配列である「カイラリティ」を制御して合成する手法を開発したと発表した。新たに開発したNiSnFe（ニッケル、スズ、鉄）触媒を用い、95％以上の超高純度で（6,5）カイラリティCNTのみを選択的に合成することに成功した。

　CNTは次世代半導体デバイス向けの新素材として注目されている。特に、半導体デバイス作製では、一種類のカイラリティだけが含まれるCNT原料を用いるのが理想的だといわれている。これを実現するには、炭素原子を制御して均一な性質を持つCNTを作製する必要がある。

　研究グループは今回、多元系合金ナノ粒子を合成用の触媒として用い、特定のカイラリティのみを高純度で直接合成する方法を開発した。実験では基本触媒のNiに対し、第二因子としてさまざまな元素を加えた41種類の二元系触媒を作成してCNTを合成した。この結果、NiにSnを混ぜた触媒を用いるとカイラル指数（6,5）のCNTを、80％以上の純度で合成できた。

　さらに今回は、NiSn触媒に第三因子として18種類の元素を追加した三元系触媒について調べた。この結果、Feを混ぜたNiSnFe触媒だと、（6,5）CNTの合成量がNiSnに比べ6倍以上も向上することを確認した。このNiSnFe触媒を用い合成温度などを最適化したところ、95％以上という超高純度で（6,5）CNTを直接合成することができた。

5）CNTの超高純度合成概念図,三元系触媒による（6,5）CNTの超高純度合成概念図［クリックで拡大］ 出所：東北大学他

5）CNT純度の関係,左上は二元系触媒（Ni+X）と（6,5）CNT純度の関係、左中央は三元系触媒（NiSn+Y）と（6,5）CNTの蛍光（PL）強度（合成量に比例）の関係。下と右上および右中央はNiSnFe三元系触媒を用いて最適合成条件で合成したCNTの蛍光−励起（PLE）マップ、紫外−可視−近赤外吸収スペクトルおよび、そのフィッティング結果［クリックで拡大］ 出所：東北大学他