2013 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界流体プラズマ反応を用いた水素カーボンナノチューブのコプロダクションシステム
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23246175
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
本間 格 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90181560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80583351)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超臨界流体 / 電気化学 / グラフェン / ナノカーボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では気体・液体・固体とも異なる第４の物質状態である超臨界流体中での電気化学反応を利用して、水素と、次世代蓄電デバイスの電極材料であるグラフェン等のナノカーボンの高収率同時生成（コプロダクション）が可能な独創的エネルギーシステムの構築を目的としている。
本年度の研究においては、昨年度見出された亜臨界流体電解法によるグラフェン合成の最適条件追及に取り組んだ。具体的には、炭素の供給源となる炭化水素化合物の検討と、基板のプレアニーリング処理の有効性の検討を行った。
炭化水素化合物の検討としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エタノール、樟脳（カンファー）を水中に溶解させ、それぞれの水溶液中において、300℃、10MPaの条件で、30分間電気分解反応による白金基板上へのグラフェン堆積を行った。その結果、エタノールと樟脳の場合は、カーボンの堆積が確認出来ず、プロピオン酸の場合においても、アモルファスカーボンが堆積したのみであったのに対し、蟻酸、酢酸の場合では、結晶性の高いグラフェンの堆積が確認された。本反応は、電気化学的に進行するため、有機酸など水中でより乖離しやすい炭化水素化合物が適当であると考えられる。
また、プレアニーリング処理として、原料ガスAr/H2 (3 %)雰囲気において、1000 ℃で10分間、白金基板に熱処理を施したところ、熱処理なしの場合と比較して、グラフェンの析出領域に明らかな拡大が見られた。このことからプレアニーリング処理の有効性が見出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
亜臨界流体電解法を用いた単層グラフェンの選択的条件探索においてグラフェン生成電極上に、スポット溶接処理段階における、予期しないアモルファスカーボンの堆積が発見された、単層グラフェンの合成条件の詳細解明と大面積堆積のためには、アモルファスカーボンの完全除去処理が必須であり、前処理工程条件を変更・追加し、より多くの試料について、詳細な評価を実施する必要が生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素収量の測定を遂行し、最終的なグラフェン・水素コプロダクションシステム評価を実施する。
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