[发明专利]碳纳米管的制造方法和碳纳米管制造用催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管的制造方法。更详细地讲，涉及使在载体上担载 有金属的催化剂与含碳化合物在立式反应器中进行接触来制造碳纳米管的 方法。

背景技术

碳纳米管具有将石墨的烯片卷曲形成为筒状的形状，将卷成为一层的 碳纳米管称为单层碳纳米管(单壁碳纳米管)，将卷成为两层的碳纳米管 称为双层碳纳米管(双壁碳纳米管)，将卷成为多层的碳纳米管称为多层 碳纳米管(多壁碳纳米管)。碳纳米管具有高的机械强度和高的导电性， 因此人们期待着作为燃料电池和锂二次电池用的负极材料、以及作为由与 树脂、金属和有机半导体的复合材料形成的高强度树脂、导电性树脂、透 明导电薄膜、金属电解粉、陶瓷复合体以及电磁波屏蔽材料的材料。此外， 碳纳米管的L/D(长度/外径之比)较大，外径为几个纳米(nm)，因此 人们期待着其作为扫描式隧道显微镜用探针、电场电子放出源、太阳能电 池元件以及微型镊子的材料。另外，碳纳米管具有纳米尺寸的空间，因此 人们期待着其作为氢等的吸附材料、医疗用纳米囊以及MRI造影剂的材 料。无论哪一种用途的场合，都要求高纯度的碳纳米管，外径细的单层和 双层的碳纳米管是有利的。另外，石墨层的缺陷少的碳纳米管在特性上优 异。

作为碳纳米管的制造方法，已知电弧放电法、激光蒸发法、化学气相 生长法(化学气相淀积法)等。其中，作为廉价地制造石墨层缺陷少的高 品质的碳纳米管的方法，已知有催化剂化学气相生长法。在催化剂化学气 相生长法中，已知有将催化剂担载于载体上来进行的方法。

非专利文献1中曾报道了，作为载体使用具有介孔(mesoporous)细 孔的氧化镁，作为碳源使用甲烷，作为金属使用钴的双层CNT的合成法。 但是，反应器使用了卧式的，因此高效率地合成大量的碳纳米管是困难的。

本发明者发现，使在载体上担载有金属的催化剂和含碳化合物在高温 下进行接触的方法，是以高收获率得到高品质碳纳米管的方法。另外，以 往一般通过将催化剂放置在卧式反应器中来合成碳纳米管，但本发明者们 发现，通过使用立式的反应器，可以使原料气体与催化剂均匀地接触，能 够高效率地反应(专利文献1)。使用了立式反应器的碳纳米管的合成， 在专利文献2中也曾公开。

非专利文献1：化学物理通讯(Chemical Physics Letters)368(2003)， 299～306

专利文献1：日本特开2004-123505号公报

专利文献2：日本特表2006-511437号公报

发明内容

迄今为止在使在载体上担载有金属的催化剂和含碳化合物在立式反应 器中进行接触来制作碳纳米管的方法中，精制工序中的载体的去除烦杂， 另外，存在原料气体不能从在载体上担载有金属的催化剂中均匀通过、引 起短路通路等的问题。本发明是鉴于上述情况而完成的，旨在提供高效率、 大量地制造均匀且高品质的碳纳米管的方法。

解决上述课题的本发明的碳纳米管的制造方法具有以下的构成。

一种碳纳米管的制造方法，通过使碳纳米管制造用催化剂存在于立式 反应器中的反应器的水平断面方向整个面上，并使含碳化合物在该反应器 内以铅垂方向通过，来使该含碳化合物和上述催化剂在500～1200℃进行 接触，所述碳纳米管制造用催化剂是在氧化镁上担载有金属的粉末状催化 剂，其容积密度为0.30g/mL以上0.70g/mL以下。

一种碳纳米管制造用催化剂，是在氧化镁上担载有金属的催化剂，其 容积密度为0.30g/mL以上0.70g/mL以下。

发明效果

根据本发明，通过使用立式反应器以特定的形态使在氧化镁上担载有 金属的特定的催化剂和含碳化合物进行接触来制造碳纳米管的方法，可以 高效率地大量合成高品质的碳纳米管，而且精制工序也可以简便化。

附图说明

图1中的图1(a)是表示在反应器1中的放置催化剂的台2上，催化 剂3存在于反应器的断面方向整个面的状态的概念图；图1(b)是表示在 反应器1中的放置催化剂的台2上，催化剂以外的物体与催化剂的混合物 4存在于反应器的断面方向整个面的状态的概念图；图1(c)是表示从反 应器1上部喷雾了的催化剂5扩展至反应器断面方向整个面上的状态的概 念图。

图2是在实施例1中得到的含有碳纳米管的组合物的拉曼分光光谱图。