(57)【要約】【課題】本発明は、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持たせることが可能なナノ構造体の形成方法および、ナノ構造体を提供することを目的とする。【解決手段】雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて、構造を雰囲気ガス種や雰囲気ガス圧力により制御可能な、ナノメートルサイズの坦体層を形成する工程と、ナノメートルサイズの触媒粒子をガス流中で微分型電気移動度分級法により粒径制御する工程を設けることにより、触媒粒子の粒径制御を行い、さらに担体層にバイアス電圧を印加することにより、分散状態を維持して触媒粒子の堆積を行う方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて坦体層を形成する工程と、坦体層に触媒機能を有する材料から成るナノ粒子を堆積する工程を有することを特徴とするナノ構造体形成方法。
【請求項２】
雰囲気ガスのガス種および圧力の少なくとも一方を変化させることで前記坦体層におけるナノメートルサイズのテクスチャー構造を制御する工程を有することを特徴とする請求項１記載のナノ構造体形成方法。
【請求項３】
雰囲気ガスのガス種および圧力の少なくとも一方を制御することで、非晶質のバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上にナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する結晶層を形成する工程により前記坦体層を形成することを特徴とする請求項１記載のナノ構造体形成方法。
【請求項４】
前記触媒機能を有するナノ粒子をレーザーアブレーション法を用いて作製することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のナノ構造体形成方法。
【請求項５】
前記触媒機能を有するナノ粒子をガス流中で微分型電気移動度分級法により粒径制御する工程を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のナノ構造体形成方法。
【請求項６】
ナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する坦体層にバイアス電圧を印加する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のナノ構造体形成方法。
【請求項７】
請求項１から７のいずれかに記載のナノ構造体形成方法により形成したナノ構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒ナノ粒子が坦体上に高分散した構造を有するナノ構造体の形成技術に関するものであり、優れたナノ構造体の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積をできるだけ広くするため、表面積の大きな担体の表面に、触媒粒子を付着、固定することは広く行なわれている。その固定手段として、従来は、触媒粒子とコーティング剤である樹脂を練り合わせたものを触媒担体の表面に塗布したり、セラミックス材をバインダー剤として触媒粒子を触媒担体の表面に焼き付けたりする方法が採られていた。しかしながら、コーティング剤、バインダー剤を用いると、触媒材料以外の混合物による、触媒粒子の、反応物と接する表面積の低下を招くという欠点があった。加えて、セラミックス材を用いた場合には、触媒粒子の固定処理が比較的高温の加熱工程を必要とするため、担体との反応による活性の低下や、製造装置、工程の複雑化という問題があった。
【０００３】
また、触媒粒子の担体上への直接形成工法としては、触媒原料を触媒担体に対置し、触媒原料に高エネルギーを印加することにより、爆発的に気化することにより、触媒担体の表面に爆着する例がある（特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、触媒粒子を坦持する微小サイズの担体形成工法としては、一つの寸法が約１マイクロメーター以下である針状ミクロ構造担体上に触媒材料を真空堆積することによって形成する例がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開２００１−１０４８０３号公報（第６頁、第１図）
【特許文献２】
特表２００１−５１９５９４号公報（第４１頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積をできるだけ広くするためは、表面積の大きな担体の表面に、ナノメートルサイズ（１０ｎｍ以下）の触媒粒子を付着、固定する必要がある。固定手段として、従来は、触媒粒子とコーティング剤である樹脂を練り合わせたものを触媒担体の表面に塗布したり、セラミックス材をバインダー剤として触媒粒子を触媒担体の表面に焼き付けたりする方法が採られていた。しかしながら、コーティング剤、バインダー剤を用いると、触媒材料以外の混合物による、触媒粒子の、反応物と接する表面積の低下を招くという欠点があった。加えて、セラミックスを用いた場合には、触媒粒子の固定処理が比較的高温の加熱工程を必要とするため、担体との反応による活性の低下や、製造装置、工程の複雑化という問題があった。
【０００６】
また、触媒粒子を坦持する担体としては表面積が可能な限り大きい方が好ましく、ナノメートルサイズの触媒粒子を坦持する場合には、担体もナノメートルサイズの微細構造を有することが望まれる。しかしながら、例えば燃料電池に通常用いられる、電気伝導性の高いカーボンブラックと呼ばれる微粒子は、大きさがマイクロメーターサイズであり、触媒粒子はカーボンブラック粒子の表面にのみ分散した構造となり、反応する物質との接触面積は担体粒子のサイズに規制されるという問題がある。
【０００７】
加えて、ナノメートルサイズの微細構造を有する担体としては、多孔質の結晶性アルミノケイ酸塩であるゼオライトが代表的であるが、ゼオライトは通常粉体として存在するので、触媒構造体を形成する基材上にはバインダー剤を用いて固定する必要があり、前記表面積の低下の問題が生じる。
【０００８】
さらに、触媒活性は触媒粒子の粒径に依存して変化することが多く、触媒材料によっては、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径に調整する必要がある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであって、その第１の目的は、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持つナノメートルサイズの触媒粒子がナノメートルサイズの微細構造を有する坦体上に高分散した構造を有するナノ構造体の形成方法を提供することである。
【００１０】
本発明の第２の目的は、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持ち、また触媒粒子がナノメートルサイズの微細構造を有する坦体上に高分散した構造を有するナノ構造体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて、構造を雰囲気ガス種や雰囲気ガス圧力により制御可能な、ナノメートルサイズの坦体層を形成する工程と、ナノメートルサイズの触媒粒子をガス流中で微分型電気移動度分級法により粒径制御する工程を設けることにより、触媒粒子の粒径制御を行い、さらに担体層にバイアス電圧を印加することにより、分散状態を維持して触媒粒子の堆積を行う工法としたものである。
【００１２】
これにより、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持たせることが可能なナノ構造体の形成方法および、ナノ構造体を提供することができる。
【００１３】
本発明はまた、雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて坦体層を形成する工程と、坦体層に触媒機能を有する材料から成るナノ粒子を堆積する工程を有することを特徴とするナノ構造体形成方法であり、ナノメートルサイズの触媒粒子がナノメートルサイズの微細構造を有する坦体上に高分散した構造を有するナノ構造体を形成可能である。
【００１４】
本発明はまた、雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて坦体層を形成する際に、雰囲気ガスのガス種および圧力の少なくとも一方を変化させることで前記坦体層におけるナノメートルサイズのテクスチャー構造を制御する工程を有することを特徴とするナノ構造体形成方法であり、担体の表面積を拡大することにより、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するという作用を有する。
【００１５】
本発明はまた、雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて坦体層を形成する際に、雰囲気ガスのガス種および圧力の少なくとも一方を制御することで、非晶質のバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上にナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する結晶層を形成する工程により前記坦体層を形成することを特徴とするナノ構造体形成方法であり、担体層を形成する基材の表面構造、結晶性等に依らず、高い結晶性を有したナノメートルサイズのテクスチャー構造の担体層を形成することが出来る。
【００１６】
本発明はまた、触媒機能を有するナノ粒子をレーザーアブレーション法を用いて作製することを特徴とするナノ構造体の形成方法であり、触媒材料の化学量論組成を保ちつつ、高純度なナノメートルサイズの触媒粒子を形成可能である。
【００１７】
本発明はまた、触媒機能を有するナノ粒子をガス流中で微分型電気移動度分級法により粒径制御する工程を有することを特徴とするナノ構造体形成方法であり、ナノメートルサイズの触媒粒子に対して触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持たせることが可能となる。
【００１８】
本発明はまた、ナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する坦体層にバイアス電圧を印加する工程を有することを特徴とするナノ構造体形成方法であり、担体層の電界強度分布に従って、高分散を維持しつつナノメートルサイズの触媒粒子を堆積することが出来る。
【００１９】
本発明はまた、上記ナノ構造体形成方法を用いて形成したナノ構造体であり、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持った、ナノ構造体を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
以下、本発明のナノ構造体形成方法を、実施の形態として、図１から図５を用いて詳細に説明する。
【００２１】
本発明では、たとえば図１（ｂ）に示すように、ナノメートルサイズのテクスチャー構造１０２を有する担体上に、ナノメートルサイズの触媒粒子１０３を高分散状態で堆積されたナノ構造体を形成する。
【００２２】
ここで、ナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する担体上に、ナノメートルサイズの触媒粒子が高分散状態で堆積されたナノ構造体の形成に関して図１から図５を用いて説明する。
【００２３】
まず、担体の形成は、図２に装置構成例を示すようなプロセス装置を用いて行う。図２はナノ構造体を形成するためのプロセス装置の中心的な要素である真空槽の構成を示す断面図である。この図において２０１は真空槽であり、この真空槽２０１内には、ガスボンベ２１２からマスフローコントローラ２０２を介して一定質量流量（例えば０. ５l/min （リットル／分））で雰囲気ガス２０３（例えば純度９９. ９９９９％のヘリウム）をリング状に配されたガス噴き出し口を介して導入するガス導入系と、雰囲気ガスの流路方向に対して４５度の位置に配された集光レンズ２０４、集光レンズ２０４で集光されたレーザー光が導入されるレーザー光導入窓２０５、およびレーザー光導入窓２０５を介して真空槽２０１に導入されるパルスレーザー光２０６（例えばアルゴン弗素エキシマレーザー、波長１９３ｎｍ、パルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギー７０ｍＪ）により構成されるレーザー光学系と、パルスレーザー光２０６によって励起される、自転機構を有するターゲットフォルダー２０７に固定された担体材料ターゲット２０８・・（例えば酸化インジウム焼結体、純度９９. ９９％）と、パルスレーザー光２０６によって励起（エネルギー密度１. ０Ｊ／ｃｍ2 ）されたアブレーションプルーム２０９の成長方向に配置された基材２１０と、担体の形成前に真空槽２０１を＜１×１０-9Ｔｏｒｒ（＜は左記値より小さいことを意味する、不等号である。以下この明細書において同じ）の超高真空に排気する、ターボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系２１１と、雰囲気ガス２０３を差動排気し、真空槽２０１を一定圧力に保つための差動排気系２１３とが設けられている。
【００２４】
なお、担体の原材料として酸化インジウムを例に挙げたが、これは担体の原材料を特に限定するものではなく、原材料としてはシリカ、アルミナのような酸化物でも構わないし、炭素等の一般的に知られた担体材料でも一向に構わない。
【００２５】
続いて、ナノメートルサイズのテクスチャ構造を有する担体の形成工程を説明する。まず、ダメージ・汚染等の影響を排除するために真空槽２０１を、ターボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系２１１によって＜１×１０-9Ｔｏｒｒの超高真空に排気後、超高真空排気系２１１を閉鎖する。次にマスフローコントローラ２０２を用いて真空槽２０１に一定質量流量（ここでは０. ５l/min・）で、雰囲気ガス２０３を導入する。
【００２６】
ここで、スクロールポンプ（排気流量５００l/min ）を主体とした差動ガス排気系２１３を開き、真空槽２０１内が一定圧力（例えば２. ０Ｔｏｒｒ）に保持されるように雰囲気ガス２０３を差動排気する。
【００２７】
そして、この状態で、自転機構を有するターゲットフォルダー２０７に配置された、純度９９. ９９％の酸化インジウム（Ｉｎ２ Ｏ３ ）多結晶焼結体ターゲット２０８の表面に対して、パルスレーザー光２０６を照射する。ここでは、アルゴン弗素（ＡｒＦ）エキシマレーザー（波長：１９３ｎｍ、パルス幅：１２ｎｓ、エネルギー密度：１. ０Ｊ／ｃｍ2 、繰返し周波数：１０Ｈｚ）を用いた。すると、Ｉｎ２ Ｏ３ ターゲット２０８表面において、レーザーアブレーション現象が発生し、Ｉｎ、Ｏ、ＩｎＯ，Ｉｎ２ Ｏ３ 等のイオンあるいは中性粒子（原子、分子、クラスター）が脱離し、当初はイオンで５０ｅＶ、中性粒子で５ｅＶのオーダーの運動エネルギーで、主にターゲットの法線方向に分子、クラスターレベルの大きさを維持して、射出して行く。そして、脱離物質は、雰囲気希ガス原子と衝突することにより、飛行方向が乱雑になるとともに、運動エネルギーが雰囲気に散逸され、約３０ｍｍ離れて対向した堆積基板２１０上に、マクロ的には薄膜として堆積する。
【００２８】
なお、ここでは雰囲気ガスとして、ヘリウムガスを用いたが、アルゴン、窒素等の他の不活性ガスを用いてもよい。この場合、気体密度が同等になるように圧力を設定すればよい。例えば、雰囲気ガスとしてアルゴン（気体密度：１. ７８ｇ／Ｌ）を用いる場合には、ヘリウム（気体密度：０. １８ｇ／Ｌ）を基準とすると０. １倍程度の圧力に設定すればよい。
【００２９】
上記の工程で得られた酸化インジウム薄膜は図１（ｂ）に示すように、ミクロ的に見るとアモルファス状のバッファ層１０４上にナノメートルサイズのテクスチャー構造１０２が形成されている。
【００３０】
ここで、上記工程で担体を形成する際に、雰囲気ガス圧力を前記２. ０Ｔｏｒｒの１/ ２である１. ０Ｔｏｒｒとすると酸化インジウム薄膜は、図１（ａ）に示すような弱いテクスチャー構造１０１となる。これは、雰囲気ガスの圧力が２．０Ｔｏｒｒと高い場合には、ターゲットからの射出物質は、各原子・イオンにより異なる初速度を有するが、衝突・散乱を受けてプルーム内に閉じ込められつつ、原子やイオン間の衝突を繰り返すことにより、基板近傍まで到達した時には速度が均一化される。一方、アブレーションによって雰囲気ガスが瞬時に圧縮されて衝撃波が生じ、いわゆるショックフロントが形成される。ここで、気相中のショックフロントにより形成された高温高圧領域において、酸化反応が促進されてＩｎ２ Ｏ３ の結晶核が生成された後、さらなる飛行に伴い冷却が進行して微結晶に成長する。この高温高圧領域に接するように基材２０９が配置されていると、まず、基材上ではアモルファス状のバッファ層が形成され、さらにバッファ層１０４の表面が活性領域となり、生成された結晶核が配向しつつ結晶化し、柱状のテクスチャー構造を形成する。この高温高圧領域における核生成および基材上での再配列に最適な条件（温度、圧力）は、材料種により異なる。例えば酸化スズは酸化インジウムに比べて融点が低く、酸化物の生成エネルギーも大きい。このため、酸化スズの結晶核生成と基材／バッファ層上での再配列に最適な領域は酸化インジウムに比べてより低温低圧領域であり、酸化インジウムの結晶核生成と基材／バッファ層上での再配列に最適な高温高圧領域では、酸化スズが結晶性のテクスチャー構造を得るには不適であり、実際、同一条件ではナノメートル領域のテクスチャー構造は得られない。
【００３１】
さらに、雰囲気ガスとして１％の酸素を混ぜたヘリウム／酸素混合ガスを用いるとヘリウムガスでは、弱いテクスチャー構造となる１. ０Ｔｏｒｒでナノメートルサイズのテクスチャー構造を得ることが出来る。これは、雰囲気ガスに酸素を混入することにより結晶核生成に十分な酸素を供給しつつ、雰囲気ガス圧力を、前記の再配列に最適な領域に調整して、基板表面での再配列を促すことにより、テクスチャー構造の制御が可能になったためである。
【００３２】
このように、担体材料種に応じた条件の雰囲気ガス圧力、ガス種を用いることにより、ナノメートルサイズのテクスチャー構造を形成可能である。
【００３３】
続いて、ナノメートルサイズの触媒粒子の堆積工程を説明する。図３は本実施の形態におけるナノ構造体を形成するプロセス装置の全体構成の一例を示したものであり、真空槽２０１、触媒粒子分級室３０１、触媒粒子捕集室３０２から構成されている。
【００３４】
ここで、真空槽２０１の構成は基本的に、図４のように、ガスボンベ２１２からマスフローコントローラ２０２を介して一定質量流量（例えば１. ０l/min・）で雰囲気ガス２０３（例えば純度９９. ９９９９％のヘリウム）をリング状に配されたガス噴き出し口を介して導入するガス導入系と、雰囲気ガスの流路方向に対して４５度の位置に配された集光レンズ２０４、集光レンズ２０４で集光されたレーザー光が導入されるレーザー光導入窓２０５、およびレーザー光導入窓２０５を介して真空槽２０１に導入されるパルスレーザー光２０６（例えばネオジムヤグレーザー第四次高調波、波長２６６ｎｍ、パルス幅５ｎｓ、パルスエネルギー２０ｍＪ）により構成されるレーザー光学系と、パルスレーザー光２０６によって励起される、自転機構を有するターゲットフォルダー２０７に固定された触媒材料ターゲット２０８（例えばプラチナ金属、純度９９. ９９％）と、パルスレーザー光２０６によって励起（エネルギー密度１０. ０Ｊ／ｃｍ2 ）されたアブレーションプルーム２０９の成長方向に配置された触媒粒子取り込みパイプ４０１と、触媒粒子の作製前に真空槽２０１を＜１×１０-9Ｔｏｒｒの超高真空に排気する、ターボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系２１１と、雰囲気ガス２０３を差動排気し、真空槽２０１を一定圧力に保つための差動排気系２１３とから成る。
【００３５】
ここで、ナノメートルサイズで単一粒径を有する触媒粒子の作製、堆積工程に関して図３から図５を用いて説明する。まず、触媒粒子の作製プロセス前に、ダメージ・汚染等の影響を排除するために真空槽２０１を、ターボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系２１１によって＜１×１０-9Ｔｏｒｒの超高真空に排気後、超高真空排気系２１１を閉鎖する。
【００３６】
同時に、触媒粒子分級室３０１、触媒粒子捕集室３０２を、ターボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系によって＜１×１０-9Ｔｏｒｒの超高真空に排気後、超高真空排気系を閉鎖する。
【００３７】
次に、マスフローコントローラ２０２を用いて真空槽２０１に質量流量Ｑａ・・（１. ０l/min ）で、雰囲気ガス２０３を導入する。
【００３８】
同時に、触媒粒子分級室３０２に接続されたのマスフローコントローラを用いて、触媒粒子分級室３０２の中核である微分型電気移動度分級装置に質量流量Ｑｃ（５. ０l/min.）でシースガス（純度９９. ９９９９％の高純度ヘリウムガ・・ス）を導入する。
【００３９】
ここで、ヘリカルポンプ（排気流量４００l/s ）を主体とした触媒粒子捕集室のガス排気系５０７を開き、真空槽２０１内が一定圧力（例えば１０Ｔｏｒｒ）に保持されるように雰囲気ガスを差動排気する。
【００４０】
同時に、触媒粒子分級室３０２に設けられた、ヘリカルポンプを主体としたシースガス排気系を開き、シースガスの導入流量Ｑｃと同一となるように、シースガス排気系を制御することで、シースガスを一定質量流量Ｑｃで排気する。
【００４１】
ここで、ノズル５０４およびガス排気系５０７に設けられたコンダクタンス可変バルブの圧力損失により触媒粒子捕集室３０２内は一定圧力（例えば０. ５Ｔｏｒｒ）に保持されている。
【００４２】
上記のような手段でガス排気を行うことにより、真空槽２０１の圧力を１０Ｔｏｒｒ、触媒粒子捕集室の圧力を０. ５Ｔｏｒｒ、シースガスの排気質量流量Ｑｃを正確な値に制御することができる。
【００４３】
次に、パルスレーザー光２０６を発振させ、真空槽２０１に導入する。この時、真空槽２０１では、パルスレーザー光２０６によって励起され、アブレーション反応によってターゲット２０８から脱離・射出された触媒材料は雰囲気ガス分子に運動エネルギーを散逸するため、空中での凝縮・成長が促され数ｎｍから数十ｎｍのナノメートルサイズの触媒粒子に成長する。
【００４４】
次に、真空槽２０１で作製された触媒粒子は粒子取り込みパイプ４０１を介して一定質量流量Ｑａの雰囲気ガス２０３とともに触媒粒子分級室３０１に搬送され、放射性同位体Ａｍ２４１のα線によって一価に荷電される。一価に荷電された触媒粒子は、微分型電気移動度分級装置に流入する。二重円筒型の微分型電気移動度分級装置に流入した触媒粒子は直流電源（例えば電圧−２１. ５Ｖ）によって形成された内外円筒間の静電界によって、所望の単一粒径（例えば粒径３. ０ｎｍ）に粒径制御（分級）される。
【００４５】
次に、微分型電気移動度分級装置で分級された触媒粒子は、触媒粒子捕集室３０２内に、雰囲気ガス２０３とともに、ノズル５０４を介して搬送されオリフィスから噴出して、ナノメートルサイズのテクスチャー構造１０２を有する担体槽が形成された基材２１０上に堆積される。
【００４６】
ここで、基材２１０に直流電源を用いてバイアス電圧（例えば１００Ｖ）を印加することにより、触媒粒子をナノメートルサイズのテクスチャー構造１０２の形状に応じた、電界強度の強い部位（図１（ｂ）で触媒粒子１０３が堆積している部位）に選択的に分散して堆積することができる。
【００４７】
さらに、触媒粒子捕集室３０２内にマスフローコントローラを介して一定質量流量（０. ５l/min ）で雰囲気ガス（純度９９. ９９９９％のヘリウム）を導入し、集光レンズ５０２で集光されレーザー光導入窓５０１を介して触媒粒子捕集室３０２に導入される、エキシマレーザー光５０３（アルゴン弗素エキシマレーザー、波長１９３ｎｍ）によって担体材料ターゲット２０８を励起し、前記担体の形成工程を触媒粒子捕集室で、触媒粒子の堆積前に行うことで、活性なナノメートルサイズのテクスチャー構造を有する担体上に不純物が付着することを抑制可能である。この際、基材２１０をノズル５０４、担体材料ターゲット２０８のそれぞれに対して法線方向を向くように、基材２０８の中心を軸として回転可能とする機構５０５を設けている。
【００４８】
以上のように、雰囲気ガス中のレーザーアブレーション法を用いて、構造を雰囲気ガス種や雰囲気ガス圧力により制御可能な、ナノメートルサイズの坦体層を形成する工程と、ナノメートルサイズの触媒粒子をガス流中で微分型電気移動度分級法により粒径制御する工程を設けることにより、触媒粒子の粒径制御を行い、さらに担体層にバイアス電圧を印加することにより、分散状態を維持して触媒粒子の堆積を行う工法を用いることにより、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持たせることが可能なナノ構造体の形成方法および、ナノ構造体を提供することができる。
【００４９】
当然のように、本発明は以上の例に限定されるものではなく、細部に関しては様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、触媒とこれに接触し反応する物質との接触面積を拡大するとともに、触媒粒子の反応面積、活性の低下を抑制しつつ、触媒活性が最も高く発揮される最適な粒径を持たせることが可能なナノ構造体の形成方法および、ナノ構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるナノ構造体
【図２】本発明の実施の形態における担体層の形成工程を行うプロセス装置の一例
【図３】本発明の実施の形態におけるナノ構造体の形成を行うプロセス装置の全体構成の一例
【図４】本発明の実施の形態における触媒粒子の作製工程を行うプロセス装置の一部構成図
【図５】本発明の実施の形態における触媒粒子の堆積および担体層の形成を行うプロセス装置の一部構成図
【符号の説明】
１０１  弱いナノメートルサイズのテクスチャ構造を有する担体層
１０２  強いナノメートルサイズのテクスチャ構造を有する担体層
１０３  ナノメートルサイズの触媒粒子
１０４  担体材料からなるバッファ層
２０１  真空槽
２０２  マスフローコントローラ
２０３  雰囲気ガス
２０４  集光レンズ
２０５  レーザー光導入窓
２０６  パルスレーザー光
２０７  ターゲットフォルダ
２０８  ターゲット材
２０９  アブレーションプルーム
２１０  基材
２１１  超高真空排気系
２１２  ガスボンベ
２１３  差動排気系
３０１  触媒粒子分級室
３０２  触媒粒子捕集室
４０１  触媒粒子取り込みパイプ
５０４  ノズル
５０５  基材回転機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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