2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of well-defined structure in two-dimensional thin film for development of hydrogen isotope separation membrane
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18H01834
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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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)
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| 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, 研究職 (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, 副センター長 (40370340)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 水素イオン同位体 / 欠陥 / 金属ナノ薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、グラフェン膜の水素イオン同位体分離能を人為的に制御する知見を取得し、高効率な水素イオン同位体分離膜を創製する礎を築く。
令和元年度は、電気化学水素ポンピング法と質量ガス分析法を組み合わせた、水素イオン同位体分離能評価装置を構築し、グラフェン膜の水素イオン同位体分離能を定量的に評価する技術を確立した。電気化学水素ポンピング法において、陽極側にモデルガスとして軽水素(H2)と重水素(D2)の混合ガスを導入すると、電気化学酸化反応により生成した水素イオンH+とD+が膜内を移動、陰極側で電気化学還元されてH2とD2、HDとして放出される。このとき陽極側に入力したHおよびD量と、陰極側から出力されるHおよびD量を質量ガス分析により評価し、その割合から膜内を横切る水素イオン同位体の分離能を見積もった。昨年度に確立した、グラフェン膜の膜電極接合体の作製技術を用いて、グラフェン膜の水素イオン同位体分離能の評価を行った。その結果、金属ナノ薄膜をコーティングしたグラフェン膜を電極に用いた場合において、同位体分離能が観察されることを明らかにした。
以上、金属ナノ薄膜コーティングしたグラフェン膜を電極として用いた場合、水素イオン同位体分離能が発現することを見出し、グラフェン膜を用いた水素イオン同位体分離能の制御に関する基礎的知見の一部を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和元年度において、グラフェン膜の水素イオン同位体分離能の定量評価技術を確立できたこと、グラフェン膜の水素イオン同位体分離能に関する新しい知見を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では、得られた知見をもとに、グラフェン膜への様々な構造規定欠陥の作製技術と金属ナノ薄膜担持技術の両方を確立し、これらがグラフェン膜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。
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