ハイエントロピー合金からのカーボンナノチューブ合成に成功―エレクトロニクス分野への応用に期待―

２．研究手法・成果
SWCNTの合成には粒径数ナノメートルの微細な金属触媒が必要です。本研究では、京都大学北川教授のグループの開発した手法を用いて、白金族の５元素（Pt、Pd、Rh、Ir、Ru）を原子レベルで均一に混ぜ合わせたHEAのナノ粒子を作製し触媒に用いました。このHEAナノ粒子に対し、名城大学丸山教授のグループの保有するCVD装置を用いてSWCNTの合成を行いました。同時に単体のPt、Pd、Ir、Ru、鉄（Fe）、コバルト（Co）を触媒に用いたSWCNT合成も行い、生成量と構造の比較を行いました。
実験の結果、HEAナノ粒子から直径1ナノメートル程度以下のSWCNTが生成し、その生成効率は単体の白金族元素を触媒に用いた場合を凌駕することがわかりました。HEAナノ粒子は強固な結合を有するため高温でも安定であり、かつ、単体の金属では実現し得ない活性サイトが表面に存在するため、生成量を大幅に増加させることができたと考えられます。
今回の成果により、SWCNT合成において、特に生成量の増加と構造制御にHEAナノ粒子が有効であることが示されました。今後、様々な組成のHEA粒子を触媒に用いることで、SWCNTの直径とカイラリティ制御、および生成量のさらなる向上が期待できます。また、HEAナノ粒子を触媒に用いることで、エレクトロニクス応用に適した細径の半導体型SWCNTの高効率生成が可能となれば、現在のSi（シリコン）半導体素子を上回る高性能デバイスが実現し、通信やコンピュータの高速化が期待できます。さらに、SWCNTは電気抵抗が低いため、素子動作中の発熱量が抑えられることから、省エネルギー型電子デバイスが実現でき、脱炭素社会への貢献にもつながるものと期待されます。

３．波及効果、今後の予定
今回の研究では、白金族の５元素から成るHEAナノ粒子を触媒に用いました。今後、HEAを構成する元素を変化させ、生成量の向上とSWCNTの構造に与える影響について調べていきます。また、SWCNT生成において、HEAナノ粒子表面の活性サイトの同定についても試みます。

４．研究プロジェクトについて
■名城大学ナノマテリアル研究センター
■京都大学　科研費　特別推進研究20H05623「非平衡合成による多元素ナノ合金の創製」
■文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ（ARIM）
JPMXP1223MS1018（分子科学研究所）「カーボンナノチューブの生成メカニズムの解明」
JPMXP1223NI0113（名古屋工業大学）「合金ナノ粒子の透過電子顕微鏡観察」