2005 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノ構造系および軽元素系材料における水素吸蔵状態の微視的研究
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17560042
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
山口 益弘 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10018046)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 勲 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (40242383)
櫻井 吉晴 財団法人高輝度光科学研究センター, 主幹研究員 (90205815)
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| Keywords | 活性炭 / 水素吸蔵材料 / コンプトン散乱 / カーボンナノチューブ / グラファイトファイバー |
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| Research Abstract |
重量あたりの水素貯蔵量を飛躍的に向上させる材料として、カーボンナノ構造系材料(カーボンナノチューブ、グラファイト、ナノファイバーなど)や軽元素を母体とした水素化物に注目し、これらに水素がどのような状態で結合しているかを、コンプトン散乱法を用いて電子状態(電子運動量密度分布)を調査することで明らかにすることを目的とした。
活性炭を熱処理した材料を水素吸蔵材料として、水素を吸着させた状態と母体の状態で、液体窒素温度における電子運動量密度分布を測定できる装置を開発した。液体窒素デュアー底面から伝熱冷却によりサンプルホルダーを長時間に一定温度に冷却できる装置をコンプトン散乱測定の試料チャンバーに装着し、試料まわりの雰囲気の圧力を制御し、活性炭に吸着する水素量を制御しながらコンプトン散乱測定を行った。活性炭のコンプトンプロファイルには、水素の吸着前後で電子運動量が小さな領域に変化が現れた。バンド計算によりコンプトンプロファイルを計算し、これらを比較した結果、水素はほとんだが分子状態で存在することを明らかにした。吸着の初期段階(CH_x(x=0.1))において、水素分子状態の電子運動量と異なる状態のコンプトンプロファイルを観測した。さらに水素吸着量を増やし、x=0.2まで水素を吸着させた活性炭においてはx=0.1の状態の水素とコンプトンプロファイルに大きな変化は現れなかった。このことから、活性炭への水素吸着では、吸着の初期段階で活性炭表面との相互作用によると水素分子の電子状態の変化があると考えられる。
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