Control of hydrogen isotope separation by hydrogen ion permeable hetero electrode interface

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01751
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Yasuda Satoshi 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 (90400639)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福谷 克之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10228900) ; 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 水素同位体 / グラフェン / 電気化学 / トンネル効果

Outline of Final Research Achievements

We performed verification on the origin and its control of the hydrogen isotope separation ability of a hetero-electrode which consists of two-dimensional material, graphene and a palladium metal film. It was found that the origin of the separation ability of graphene is due to the penetration of hydrogen isotope ions through graphene by a quantum tunneling effect. In addition, we obtained fundamental knowledge regarding the effect of introducing a vacancy structure into graphene on the separation ability.

Free Research Field

表面科学,ナノカーボン

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

二次元材料のグラフェンの水素同位体イオンの分離能が量子トンネル効果に起因していることを初めて明らかにするのと同時に、分離能の制御因子に関する基礎的知見を得た。これらの成果は、水素同位体分離の新しい手法・制御法となるもので、水素同位体分離や二次元材料分野での学理の発展に貢献が期待される。また、水素同位体である重水素は、半導体産業や光通信分野、医薬品開発、核融合の材料であるにも関わらず、製造コストが高くすべてを海外から輸入している。本成果は、低コストでの重水素分離法の技術となる可能性を有しており、国産製造化と日本の産業の活性化と国際競争力強化といった貢献が期待でき社会的意義も高い。