近畿大学、CNT成長寿命を延ばす新触媒開発 - 高温環境下での長尺化に成功

2026-06-04 04:32

近畿大学理工学部応用化学科の研究グループが、次世代素材として期待されるカーボンナノチューブ（CNT）を高温環境下で長く成長させるための新たな触媒を開発しました。

概要

近畿大学理工学部応用化学科の研究グループは、カーボンナノチューブ（CNT）を高温環境下で長く成長させるための、2種類の異なる金属元素を組み合わせた新たな触媒を開発しました。鉄（Fe）ナノ粒子を触媒とし、炭化水素などを原料とする化学反応で高密度なCNT集合体を成長させる手法において、エルビウム（Er）とスカンジウム（Sc）をガドリニウム（Gd）に代わって添加することで成長寿命を延ばす効果を発見。特にSc添加は、より高温（900℃）でもCNTの長尺化を可能にすることを実証しました。この研究成果は、高品質で長いCNTを効率的に成長させる新たな合成法の開発に繋がることが期待されます。

論文掲載誌：Carbon（オンライン掲載日：令和8年（2026年）5月5日）

論文URL：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121661

CNTの高品質・長尺化を実現する新触媒の開発

カーボンナノチューブ（CNT）は、炭素原子のみで構成される直径ナノメートルスケールの素材で、軽量かつ高い電気・熱伝導性、引張強度などを有することから、様々な分野での応用が期待されています。CNTの特性を最大限に活かすためには、高品質で長いCNTを効率的に成長させる手法の開発が重要です。特に、高密度に整列した「CNTフォレスト」は効率的な合成手法として注目されています。合成温度が高いほど高品質なCNTが得られますが、高温環境下では触媒ナノ粒子の構造変化が起こりやすく、CNTの成長が停止し短くなるという課題がありました。これまでの研究では、平成26年（2014年）にアメリカ・シンシナティ大学のグループがGdを添加した触媒で2cmのCNTフォレスト成長に成功し、近畿大学の研究グループも令和元年（2019年）にはGdが単層CNTフォレスト成長に有効であることを確認、さらに令和2年（2020年）には14cmのCNTフォレスト成長を実現しています。しかし、Gd以外のレアアースの効果については報告が少なく、更なる成長法の開発が求められていました。

Sc添加によるCNT長尺化のメカニズム解明

本研究では、Gdに代わりErとScを添加した際のCNTの質と成長寿命への影響を調査しました。その結果、ErとScもGdと同様にFe触媒ナノ粒子を安定化し、CNTフォレストの成長寿命を延長する効果があることが確認されました。800℃の環境下では、Er、Gd、Scのいずれの添加でも3時間以上の成長寿命を示し、1cmを超えるCNTフォレストが形成されました。一方、触媒の構造変化がより活発になる900℃においては、GdやErと比較してScを添加した場合に2倍以上の長い成長寿命が得られました。これは、Sc添加によりFeナノ粒子の高い数密度が維持され、Feナノ粒子がより部分酸化された状態を保つことと相関していることが、SEM観察やX線分析により明らかになりました。このことから、Scが高温環境下でのCNT長尺化において重要な役割を果たすことが期待されます。