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酸化グラフェンのプロトン伝導

Research Project

Project/Area Number 15J01300
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional solid state chemistry
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

畠山 一翔  熊本大学, 自然科学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,170,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsプロトン伝導 / 酸化グラフェン / 混合伝導
Outline of Annual Research Achievements

安価に合成可能な酸化グラフェン(GO)は、その機能性の多さから燃料電池、スーパーキャパシタへの応用が期待されている。本課題では、電池材料の中でも重要な位置を占める電解質への応用を目指し、平成27年度はGOから高プロトン伝導体および電子/プロトン混合伝導体の開発に成功している。平成29年度の主な研究として、1)合成手法が異なったGOのプロトン伝導度の比較、2)球状炭素材料を用いた高プロトン伝導体の開発を行った。
1)ではHummers法、Staudenmaier法、Brodie法で合成したGOの構造とプロトン伝導度を比較することで、構造とプロトン伝導度の関係を調べた。まずプロトン伝導度は、Hummers法>Staudenmaier法>Brodie法の順に大きくなることがわかった。構造分析により、酸素含有量がHummers法>Brodie法>Staudenmaier法の順で多くなる一方で、層間隔はHummers法>Staudenmaier法>Brodie法の順に大きくなることが確認された。このことからも、GOのプロトン伝導は層間隔が非常に重要であることが結論付けられた。
2)では、球状構造を有する、高い耐熱性とプロトン伝導性を有した炭素材料を作製することに成功した。この材料はスクロースを原料とした球状の炭素材料をHummers法により酸化したもので、直径約1.5 umの球状構造を持っていた。また、表面にカルボキシル基が存在するため、GOと同等の高いプロトン伝導度を示し、さらに200 ℃で熱処理後も高い伝導度を保持していた。これまでのプロトン伝導体の多くは100 ℃以上の温度下では伝導度が著しく低下するため、この材料が高い熱安定性を有していることがわかる。通常燃料電池は、100 ℃以上の温度で用いられることが多いことからも、本材料は燃料電池の固体電解質としての応用が期待できる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2016 2015

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Proton conductors produced by chemical modifications of carbon allotropes, perovskites and metal organic frameworks2016

    • Author(s)
      Mohammad Razaul Karim, Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Shinya Hayami
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A

      Volume: 5 Issue: 16 Pages: 7243-7256

    • DOI

      10.1039/c6ta10923c

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Interlayer Distance and Oxygen Content on Proton Conductivity of Graphite Oxide2016

    • Author(s)
      M. R. karim, M. S. Islam, K. Hatakeyama, M. Nakamura, R. Ohtani, M. Koinuma, S. Hayami
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 120 Issue: 38 Pages: 21976-21982

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b06301

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Thermally Stable Super Ionic Conductor from Carbon Sphere Oxide2016

    • Author(s)
      M. S. Islam, M. R. Karim, K. Hatakeyama, H. Takehira, R. Ohtani, M. Nakamura, M. Koinuma, S. Hayami
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 11 Issue: 16 Pages: 2322-2327

    • DOI

      10.1002/asia.201600835

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electrochemical detection of hydrogen using two-dimensional carbon nanosheets2016

    • Author(s)
      Azumi Miyamoto, Yuta Kuwaki, Kazuto Hatakeyama, Quitain Armando, Mitsura Sasaki, Yasumichi Matsumoto, Tetsuya Kida
    • Journal Title

      ECS Trans.

      Volume: 75 Issue: 16 Pages: 39-45

    • DOI

      10.1149/07516.0039ecst

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coal Oxide as a Thermally Robust Carbon-Based Proton Conductor2015

    • Author(s)
      Hatakeyama, K.; Ogata, C.; Koinuma, M.; Taniguchi, T.; Hayami, S.; Kuroiwa, K.; Matsumoto, Y.
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Int.

      Volume: 7 Issue: 41 Pages: 23041-23046

    • DOI

      10.1021/acsami.5b06470

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Super proton/electron mixed conduction in graphene oxide hybrids by intercalating sulfate ions2015

    • Author(s)
      K. Hatakeyama, Md. S. Islam, M. Koinuma C. Ogata, T. Taniguchi, A. Funatsu, T. Kida, S. Hayami, Y. Matsumoto
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A, 3, 20892-20895 (2015)

      Volume: 3 Issue: 42 Pages: 20892-20895

    • DOI

      10.1039/c5ta05653e

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Proton/Electron Mixed Conducting Property of Graphene Oxide2016

    • Author(s)
      Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Tetsuya Kida, Shinya Hayami, Yasumichi Matsumoto
    • Organizer
      The 8th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research (RPGR2016)
    • Place of Presentation
      Sungkyunkwan University, Korea
    • Year and Date
      2016-09-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proton Electron Mixed Conduction of Graphene Oxide2016

    • Author(s)
      畠山一翔、緒方盟子、鯉沼陸央、谷口貴章、速水真也、木田徹也、松本泰道
    • Organizer
      2016 Kumamoto Symposium on Two Dimensional Nanomaterials
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2016-02-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proton Conductivity of Graphene oxide2016

    • Author(s)
      畠山一翔、緒方盟子、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也
    • Organizer
      2016 Kumamoto Symposium on Two Dimensional Nanomaterials
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2016-02-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Tunable Graphene Oxide Proton/Electron Mixed Conductor2016

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      2016 Kumamoto Symposium on Two Dimensional Nanomaterials
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2016-02-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proton and Proton/Electron Mixed Conducting Properties of Graphene Oxide2016

    • Author(s)
      Kazuto Hatakeyama
    • Organizer
      UNISTでの特別講演
    • Place of Presentation
      UNIST, Koria
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高いプロトン伝導性と熱安定性を有した石炭酸化物2016

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      第6回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫地区キャンパス、福岡
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化グラフェン膜を通した銅イオン透過速度制御2016

    • Author(s)
      畠山一翔、廣瀬恭典、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      第6回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫地区キャンパス、福岡
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 塩基性条件を用いた水への高分散性を有する 還元酸化グラフェンの作製2016

    • Author(s)
      畠山一翔、鯉沼陸央、松本泰道
    • Organizer
      第7回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      姫路商工会議所、兵庫
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 高い耐熱性を有する酸化石炭プロトン伝導材料2015

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      第5回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2015-12-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Tunable Graphene Oxide Proton/Electron Mixed Conductor2015

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      The 7th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference
    • Place of Presentation
      Lorne(Australia)
    • Year and Date
      2015-10-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Interlayer Engineering for Enhanced Proton/Electron Mixed Conduction of Graphene Oxide using Sulfate Ions2015

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      The 7th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference
    • Place of Presentation
      Lorne(Australia)
    • Year and Date
      2015-10-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proton Conductivities of Graphene Oxide Nanosheets: Single, Multilayer, and Modified Nanosheets2015

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      Sixth Graphene and 2D Materials Satellite Symposium
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-06-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸化グラフェンの電子/プロトン混合伝導2015

    • Author(s)
      畠山一翔
    • Organizer
      第4回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2015-06-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 硫酸添加による酸化グラフェンのプロトン/電子混合伝導の向上2015

    • Author(s)
      畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、木田徹也、速水真也、松本泰道
    • Organizer
      第4回酸化グラフェンシンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2015-06-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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