フェロセン直接加熱による生成

第三章結果と考察

3.1 フェロセン直接加熱による生成

石英ボートにのせたフェロセンは電気オーブンの温度が上昇していくと，色が明るい橙色から暗い橙色へと変化していった．電気オーブン温度が目的の温度に達しエタノール蒸気を流し始めると，数分のうちに石英ウールのトラップ表面に薄く色がつき始め次第に黒くなっていっていき，

その後は時間と伴に黒い煤の量が増加していった．エタノール蒸気を流した時間は約30分でその際のエタノールの蒸発量は毎分約0.1 g程度だった．

実験後，石英ウールトラップ上に煤が堆積した他に，電気オーブン内のガラス管内壁面の一部が金属メッキされた鏡面のようになり，また大量の煤が付着していたことが分かった．電気オーブンの温度が1000 ℃の時に石英ウールトラップ上に得られた煤のSEM像をFig. 3.1に示す．SEM 観察によると，試料には大量の直径数10 nm程度の微粒子が存在していたが，所々に棒状の構造が見られた．しかしその量は試料全体を見ても極わずかな量でしかなかった．

この試料をラマン分光法によって分析してみた結果がFig. 3.2である．見て分かるようにシグナルは非常に弱くS/N比がとても悪い．しかしゾーンホールディングの特徴をもったG-bandのピークと RBM のピークが現れており，単層カーボンナノチューブがトラップされた煤中に存在していることが分かった．RBMは不鮮明で直径分布までは見積もることが出来なかったが，この方法で単層カーボンナノチューブが生成されている．ガラス管内壁面の煤についてもラマン分光法で分析したが単層カーボンナノチューブのスペクトルは得られなかった（Fig. 3.3）．G-bandとD-band のピークが非常に弱いながらも現れているのは，おそらく多層カーボンナノチューブ(MWNTs)のような構造の物が存在しているからだろうと考えられる．

Fig. 3.1 SEM image of soot on the wool trap at 1000 ºC.

電気オーブンの温度を更に800，900 ℃と変化させ生成させた時のトラップ上の煤についてラマン分光法による分析をして比較を行った時のラマンスペクトルをFig. 3.4に示す．温度が低下するに従い生成物の量が減少し，またラマンスペクトルの強度も下がり S/N も低下している．しかし，いずれの温度でも単層カーボンナノチューブ特有のスペクトルが現れている．RBM のピークは鮮明でないため直径分布については判断できないが確かに単層カーボンナノチューブが存在しており，またD-band のピークは比較的低くアモルファスカーボンの生成量は少ないと言える．

以上より，昇華させたフェロセンおよびエタノール蒸気を混合させ 800～1000 ℃の範囲で

加熱すると単層カーボンナノチューブが生成されることが分かった．つまり，フェロセンの熱分解で生じる鉄クラスターがエタノールに対して単層カーボンナノチューブ生成のための触媒として機能するということであり，アルコール触媒CVD法においてもフェロセンが使えるということが言える．

500 1000 1500

100 200 300 400

2 1 0.9 0.8 0.7

Raman Shift (cm

^–1

)

Intensity (arb. units)

Diameter (nm)

Fig. 3.2 Raman scattering of soot on the wool trap at 1000 ºC.

500 1000 1500

Raman Shift (cm^–1)

Intensity (arb. units)

Fig. 3.3 Raman scattering of soot on the glass at 1000 ºC.

しかし，この実験では触媒として機能していない非常に多くの鉄微粒子が生成物中に存在していることから，フェロセンの昇華速度がエタノール蒸気に対して速すぎると言える．本来昇華速度を制御するには，フェロセン粉末への熱流束の制御が必要となるが，本実験装置では温度制御しか可能ではなく熱流束制御は難しい．また，生成量が非常に少なかったことはフェロセンとエタノールの蒸気が効率よく混合せず，反応が上手く進んでないことを示す．この実験ではエタノールとフェロセンの混合の割合や流速，エタノールの圧力など様々なパラメータを制御し最適な条件を探す必要がある．