2015 Fiscal Year Annual Research Report
酸化グラフェンの2次元プロトン伝導:機構解明と燃料電池応用
| Project/Area Number |
15H05411
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
谷口 貴章 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (50583415)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 酸化グラフェン / 燃料電池 / 固体電解質 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は1)酸化グラフェンのAFMによる構造解析、2)酸化グラフェンデバイスの作製、及び3)新規な酸化グラフェンの合成を行った。
1)湿度下において酸化グラフェンのAFM構造解析を行った。現在までサブミクロン構造への大きな影響は確認されておらず、水分子との作用を明らかにするためにはより高分解能の観察が必要となっている。
2)酸化グラフェン膜を固体電解質とするスーパーキャパシタの作製を試みた。酸化グラフェン膜の両面に光照射を施し、酸化グラフェン還元体/酸化グラフェン/酸化グラフェン還元体からなるサンドイッチ膜を作製した。このオール酸化グラフェン構造は実際にスーパーキャパシタとして動作することを確認した。酸化グラフェン還元体層にPtや酸化コバルト等の触媒をハイブリッド化することにより、燃料電池としても機能することが期待できる。
3)石炭を溶液中で酸化処理することにより酸化石炭の合成に成功した。酸化石炭はナノサイズかつ、カルボキシル基を主な酸素官能基とした新たな酸化グラフェンと言える。酸化石炭は通常の酸化グラフェンと同程度のプロトン伝導を有し、かつ473K程度の熱処理後でも、低電子伝導度と高プロトン伝導度を兼ねそろえる。したがって酸化グラフェンは本研究課題のテーマの一つである酸化グラフェン燃料電池の作製における有効な新材料であると言える。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
下記の実施状況によりおおむね順調に進展していると判断した。
1)AFM観察:湿度依存性についてはナノ構造のAFM観察には至っていないが、サブミクロンスケールまでの観察には成功した。
2)酸化グラフェンデバイスの作製:酸化グラフェン燃料電池の作製に応用可能なオール酸化グラフェンキャパシタの作製に成功した。
3)酸化石炭の合成:酸化石炭の合成に成功したことで、課題の一つであった面直方向プロトン伝導の改善について新たなアプローチ法を見出すことができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下を中心に研究を推進する。
1)AFM観察:AFM観察については、観察条件を最適化することにより目的のナノ構造観察を行う。酸化グラフェン単層膜、多層膜のナノ構造観察に成功すれば引き続き、硫酸を層間にインターカレーションさせた酸化グラフェン多層膜についても観察を行う。
2）電子伝導/プロトン伝導の再評価:酸化グラフェンのプロトン伝導と電子伝導の相関の重要性が明らかになりつつある。ここでは電子物性評価とSTMによる構造・電子状態観察を行い酸化グラフェンのプロトン伝導と電子伝導の関係を明らかにする。
3)燃料電池の作製：申請時に提案した酸化グラフェン膜のナノポア化に加えて、酸化石炭を用いた固体電解質の作製についても検討する。
|
