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グラフェン構造を数学的観点から設計し、 その優位性を電気化学イメージングにより初めて実証 〜非金属の電極による安価な水素製造技術の加速へ

2019/04/04

東北大学、大阪大学、筑波大学などの研究グループは、炭素原子一層からなるグラフェンのエッジ構造に着目し、意図的に窒素(N)とリン(P)を導入することにより、幾何学的歪みを意図的に作成することに成功しました。また、ナノ電気化学セル顕微鏡とDFT(density functional theory)計算などを駆使し、設計した構造と化学ドープの相乗効果により、水素発生反応が飛躍的に向上することを突き止めました。これにより、貴金属を使わない安価な材料のみで構成された電極であっても、高効率に水素 製造が可能であるという筋道を示すことができました。

図 化学ドープグラフェンエッジ構造の作製法の概略図。銅基板上にSiO2のナノ粒子を分散させ、CVD法によりグラフェンを成長させる。グラフェンは、ナノ粒子上では成長せず、その後、ナノ粒子と基板を除去することでグラフェンにナノ粒子の粒径の大きさが開いたグラフェンエッジを作製し、CVD法の導入ガスや成長温度を調整することでNPの化学ドープを行った。導入されたNPは挿入図の化学構造を持つピエリジン型を主に有する。

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