碳纳米纤维形成用构造体、碳纳米纤维构造体及其制造方法以及碳纳米纤维电极技术

本发明专利技术是一种碳纳米纤维形成用构造体，其具备：包含氧离子传导性氧化物的基材、以及设置于基材的一面侧的金属催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术是一种碳纳米纤维形成用构造体，其具备：包含氧离子传导性氧化物的基材、以及设置于基材的一面侧的金属催化剂。【专利说明】碳纳米纤维形成用构造体、碳纳米纤维构造体及其制造方法以及碳纳米纤维电极
本专利技术涉及碳纳米纤维形成用构造体、碳纳米纤维构造体及其制造方法以及碳纳米纤维电极。
技术介绍
作为色素敏化太阳能电池、锂离子二次电池、锂离子电容器、双电层电容器、燃料电池等的电极、电线，具有优异的导电性，因而碳纳米管电极备受瞩目。尤其在色素敏化太阳能电池中，碳纳米管电极发挥相当于白金电极的性能，因此对其期待日益增加。碳纳米管电极的碳纳米管通常是通过在基板上担持催化剂而形成的碳纳米管形成用构造体的催化剂上，利用化学气相沉积法使其生长而得到。这里，从提高电极性能的观点出发，优选碳纳米管为长条状。此外，从提高碳纳米管的生产率的观点出发，优选单位时间的碳纳米管的生长量更多。作为使长条状的碳纳米管生长的碳纳米管的制造方法，例如已知专利文献I所述的制法。在专利文献I所述的制法中，提出作为碳纳米管形成用构造体，例如，可以使用以硅构成基板，以铁构成催化剂的构造体。然后，在使碳纳米管生长时使用氧化性气体，利用该氧化性气体除去附着于催化剂的碳，其结果，使催化剂的活性持续保持，得到高度显著增大的碳纳米管。现有技术文献专利文献 专利文献1:日本特开2007-145634号公报
技术实现思路
然而，在专利文献I所述的碳纳米管的制造方法中，未能使碳纳米管充分地生长。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的是提供一种可使碳纳米管等的碳纳米纤维充分地生长的碳纳米纤维形成用构造体、碳纳米纤维构造体和碳纳米纤维构造体的制造方法以及碳纳米纤维电极。本专利技术的专利技术人等为了解决上述课题而进行了反复深入研究，其结果，对于以上述专利文献I所述的制造方法无法使碳纳米管充分地生长的理由，考虑如下:即，本专利技术的专利技术人等认为在上述专利文献I所述的制造方法中在使碳纳米管生长时使用氧化性气体，因此随着碳纳米管生长，慢慢地氧化性气体难以到达催化剂。其结果，催化剂慢慢失活而无法使碳纳米管充分地生长。所以，本专利技术的专利技术人等进一步反复深入研究的结果发现，通过在使碳纳米管生长时，将氧离子传导性氧化物含于基材，从而能够解决上述课题，进而完成了本专利技术。 即本专利技术是具备包含氧离 子传导性氧化物的基材以及设置于上述基材的一面侧的金属催化剂的碳纳米纤维形成用构造体。根据该碳纳米纤维形成用构造体，在该碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过化学气相沉积法(以下有时称为“CVD法”)使碳纳米纤维生长时，使用含有碳的原料气体。此时，基材通常被加热至氧离子可以移动的程度的温度，因此基材中的氧离子在基材传导而到达金属催化剂上。其结果，即使碳纳米纤维生长，也能够对金属催化剂供给充分的氧，可以充分地抑制金属催化剂的失活。因此，根据本专利技术的碳纳米纤维形成用构造体，可以使碳纳米纤维充分地生长。此外，根据该碳纳米纤维形成用构造体，在该碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过CVD法使碳纳米纤维生长时，若将基材加热至氧离子可以移动的程度的温度，则基材中的氧离子在基材传导而到达金属催化剂上。进而，将含有氧分子的气体从基材中与金属催化剂相反侧的面供给，则含有氧分子的气体中所含的氧分子通过基材而作为氧离子更加有效地供给于金属催化剂。因此，可以充分地抑制金属催化剂中的渗碳、碳物质的堆积，可以使碳纳米纤维充分地生长。加之，充分地抑制基材中的氧缺损，因此也可以抑制基材中的显著的氧缺损所致的基材强度的下降。上述碳纳米纤维形成用构造体优选在上述基材的上述一面与上述金属催化剂之间，进一步具备由金属氧化物形成的金属氧化物层。根据该碳纳米纤维形成用构造体，在该碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过CVD法使碳纳米纤维生长时，使用含有碳的原料气体。此时，基材通常是被加热至氧离子可以移动的程度的温度，因此基材中的氧离子在基材传导而到达金属氧化物层。因此，即使含有碳的原料气体导致在金属氧化物层发生渗碳或原料气体的附属的反应物导致碳物质堆积于金属氧化物层的表面，也可以通过到达金属氧化物层的氧离子与这些碳反应，成为CO2等，从而充分地抑制渗碳、碳物质的堆积。因此，能够充分地抑制金属氧化物层的催化剂担持功能的下降，可以使碳纳米纤维更加充分地生长。此外，根据该碳纳米纤维形成用`构造体，在该碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过CVD法使碳纳米纤维生长时，若将基材加热至氧离子可以移动的程度的温度，则基材中的氧离子在基材传导而到达金属氧化物层。进而，将含有氧分子的气体从基材中与金属氧化物层为相反侧的面供给，则含有氧分子的气体中所含的氧分子通过基材而作为氧离子更加有效地供给于金属氧化物层。因此，可以充分地抑制金属氧化物层中的渗碳、碳物质的堆积。因此，能够更加充分地抑制金属氧化物层的催化剂担持功能的下降，可以使碳纳米纤维更加充分地生长。在上述碳纳米纤维形成用构造体中，上述金属氧化物优选为氧化铝。这种情况与金属氧化物为氧化铝以外的金属氧化物的情况相比，可以使碳纳米纤维更加充分地生长。在进一步具备上述金属氧化物层的碳纳米纤维形成用构造体中，优选上述金属氧化物层的至少一部分的厚度为0.5~10nm。根据该碳纳米纤维形成用构造体，在该碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过CVD法使碳纳米纤维生长时，在金属氧化物层中厚度为0.5~IOnm的部分上能使碳纳米纤维更加充分地生长。在上述碳纳米纤维形成用构造体中，优选上述金属氧化物层的至少一部分的厚度为I~8nm。这种情况与金属氧化物层的至少一部分的厚度偏离上述范围的情况相比，在金属氧化物层中厚度为I~8nm的部分上能使碳纳米纤维更加充分地生长。在上述碳纳米纤维形成用构造体中，上述金属氧化物层的一部分可以是以具有0.5~IOnm的厚度且以互相分开的方式设置的多个薄壁部构成,剩余部分以具有大于IOnm的厚度的厚壁部构成。在这种情况下，薄壁部与厚壁部相比，可以使碳纳米纤维更加充分地生长。因此，在分别设置于多个薄壁部的金属催化剂上，与设置于厚壁部上的金属催化剂上相比，能够使碳纳米纤维突出。在这种情况下，在分别设置于多个薄壁部的金属催化剂上所生长的碳纳米纤维彼此之间形成间隙，因此为了碳纳米纤维的生长而供给原料气体时，原料气体能够进入该间隙。因此，与聚集多个薄壁部成为一个的情况(多个薄壁部互相没有分开的情况)相比，能够对分别设置于多个薄壁部上的金属催化剂更加充分地供给原料气体。其结果，可以充分地减小多个薄壁部的各个碳纳米纤维的长度不均。此外，在多个薄壁部的各个中，存在抽出I根碳纳米纤维，则其它碳纳米纤维被它串联地连接而被抽出的趋势。因此，通过捻合从多个薄壁部分别抽出的碳纳米纤维，能够容易地形成I根高强度纤维。在上述碳纳米纤维形成用构造体中，上述金属催化剂优选直接设置于上述基材的一面上。在这种情况下，在碳纳米纤维形成用构造体的金属催化剂上通过CVD法使碳纳米纤维生长时，基材中的氧离子在基材传导而容易到达金属催化剂上。其结果，即使碳纳米纤维生长，也能够对金属催化剂更加充分地供给氧，可以更加充分地抑制金属催化剂的失活。因此，根据本专利技术的碳纳米纤维形成用构造体，可以使碳纳米纤维更加充分地生长。在上述碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米纤维形成用构造体，具备：基材，其包含氧离子传导性氧化物；以及金属催化剂，其设置于所述基材的一面侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻熊正康，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：日本;JP