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2018 Fiscal Year Annual Research Report

二次元薄膜への構造規定欠陥の精密導入と水素イオン同位体分離膜の創製

Research Project

Project/Area Number 18H01834
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

保田 諭  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (90400639)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 矢野 雅大  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (30783790)
朝岡 秀人  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (40370340)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywordsグラフェン / 水素イオン同位体 / インピーダンス / スパッタリング / 欠陥
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、単原子層シートであり水素イオン同位体分離能を有するグラフェンにおいて、グラフェン内の欠陥構造が水素イオン同位体分離機構に与える影響について解明する。同時に、水素イオン同位体の分離能が制御された構造規定欠陥をグラフェン内に作製する技術を確立し、高効率な水素イオン同位体離能を持つ分離膜を創製する礎を築く。
平成30年度は、グラフェンの水素イオン同位体分離能評価のための電極作製技術と、グラフェン内への欠陥構造作製技術の確立を行った。グラフェンは単原子層シートであるため、グラフェン単独で利用したりハンドリングすることは不可能である。このため、水素イオン同位体導電性高分子膜であるNafion膜上にグラフェンを転写する手法を開発し、ハンドリングが可能なNafion/グラフェン/Nafion膜電極を作製する技術を確立した。作製した膜電極の両側に電極を接続しインピーダンス測定を行うことで、水素イオン同位体の導電率の評価が可能であり、その同位体分離能を精査することが可能であることを明らかにした。
スパッタリング技術を用いてグラフェン内への欠陥構造作製を試みた。高真空下でのアルゴンスパッタリングをグラフェンに行った結果、様々な欠陥種の中で、点欠陥が優先的に形成されること、また、スパッタリングの時間やエネルギー、雰囲気ガス圧によって、その欠陥密度を制御できることを明らかにした。
以上、グラフェンをNafion膜上に転写することで、水素イオン同位体分離能評価の基礎技術を確立するのと同時に、グラフェン内への欠陥構造作製技術に関する基礎的知見を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、平成30年度において、グラフェンの水素イオン同位体分離能を評価する技術を確立できたこと、グラフェンへの欠陥構造作製とその数密度の制御が可能であることを実験的に明らかにすることができたことにより、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

次年度では、得られた技術をもとに、点欠陥がグラフェンの水素イオン同位体分離能に与える影響について精査する。また、ガス分析装置を導入しより高精度の同位体分離能評価技術も確立するのと同時に、スパッタリング条件によって、点欠陥以外の様々な欠陥種やその構造、数密度を制御するための基礎的知見を取得する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Enhancement of Fe-N-C carbon catalyst activity for the oxygen reduction reaction: effective increment of active sites by a short and repeated heating process2018

    • Author(s)
      Yasuda Satoshi, Uchibori Yosuke, Wakeshima Makoto, Hinatsu Yukio, Ogawa Hiroaki, Yano Masahiro, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 8 Pages: 37600~37605

    • DOI

      10.1039/C8RA08359B

    • Open Access
  • [Journal Article] Sensitive Raman Probe of Electronic Interactions between Monolayer Graphene and Substrate under Electrochemical Potential Control2018

    • Author(s)
      Zhou Ruifeng, Yasuda Satoshi, Minamimoto Hiro, Murakoshi Kei
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 3 Pages: 2322~2328

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b01928

    • Open Access
  • [Journal Article] Advantage of semi-ionic bonding in fluorine-doped carbon materials for the oxygen evolution reaction in alkaline media2018

    • Author(s)
      Kim Jeheon, Zhou Ruifeng, Murakoshi Kei, Yasuda Satoshi
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 8 Pages: 14152~14156

    • DOI

      10.1039/C8RA01636D

    • Open Access
  • [Journal Article] Uniform Si nano-dot fabrication using reconstructed structure of Si(110)2018

    • Author(s)
      Yano Masahiro, Uozumi Yuki, Yasuda Satoshi, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 06HD04~06HD04

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.06HD04

  • [Journal Article] Characterization of SiO2 reduction reaction region at void periphery on Si(110)2018

    • Author(s)
      Yano Masahiro, Uozumi Yuki, Yasuda Satoshi, Tsukada Chie, Yoshida Hikaru, Yoshigoe Akitaka, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 08NB13~08NB13

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.08NB13

  • [Presentation] 単層グラフェンのプロトン透過能と電気化学的手法を利用したグラフェン-金属界面への水素ナノバブル形成2019

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 加藤 優, 八木一三, 朝岡秀人
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] グラフェン-金属界面で形成されるナノバブルの水素同位体効果2019

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 上利龍史, 高橋康史, 加藤 優, 八木一三, 朝岡秀人
    • Organizer
      2018年電気化学会第86回大会
  • [Presentation] 水溶液中における単層グラフェンへの電気化学ドーピング評価2018

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 朝岡秀人, 丹野 駿, 佐藤祐輔, 加藤 優, 八木一三
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 単層グラフェンへの電気化学ドーピングとその電気化学的挙動の評価2018

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 朝岡秀人, 丹野 駿, 佐藤祐輔, 加藤 優, 八木一三
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会
  • [Presentation] Hydrogen Nano Balloon Formation at Graphene-Metal Interface by Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction2018

    • Author(s)
      S. Yasuda, K. Tamura, S. T. Terasawa, M. Yano, S. Tanno, Y. M. Kato, I. Yagi, H. Asaoka
    • Organizer
      ACSIN-14&ICSPM26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気化学的手法によるグラフェン-金属界面への水素ナノバブル形成2018

    • Author(s)
      S. Yasuda, K. Tamura, T. Terasawa, M. Yano, S. Tanno, M. Kato, I. Yagi, H. Asaoka
    • Organizer
      2018年 日本表面真空学会学術講演会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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