Proton permeation mechanism of graphene revealed by ultraslow proton beam

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14500
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Terasawa Tomoo 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 (90772210)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: グラフェン / 水素イオン / 同位体効果

Outline of Final Research Achievements

When hydrogen ions permeate graphene, a single atomic sheet consisting of a six-membered ring of carbon atoms, an isotope effect is known in which deuterons permeate more slowly than protons. To elucidate the mechanism, we proposed a research method of irradiating graphene with slow protons in a vacuum and developed a slow proton irradiation system. As a result, we succeeded in irradiating graphene with slow protons with good energy resolution and in detecting protons transmitted through graphene.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グラフェンにおける水素イオン透過の同位体効果は、軽水素イオンと重水素イオンの分離膜の開発に重要である。しかし、分離能を決定的に左右する水素イオン透過メカニズムについては分かっていない点も多い。本研究で開発した低速水素イオン照射装置を用いることで、グラフェンの水素イオン透過機構の解明に新たなアプローチで取り組むことができ、学術的意義があるだけでなく、重水素イオンの分離膜の創製につながる社会的な意義がある。