酸化グラフェンの2次元プロトン伝導:機構解明と燃料電池応用

• 研究課題/領域番号: 15H05411
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料化学
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 谷口 貴章 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (50583415)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2015年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 酸化グラフェン / プロトン伝導 / 燃料電池 / ナノシート / 電気化学デバイス / グラフェン / イオン伝導 / 固体電解質

研究成果の概要

酸化グラフェンを固体電解質、還元型酸化グラフェンを電極としたオール酸化グラフェンスーパーキャパシタの開発に成功した。酸化グラフェンナノシート層間への硫酸イオンの挿入によりプロトン伝導度を向上させ、かつ電気化学反応により電極の疑似容量を向上させた既存GOSCは約10倍の容量特性(1.24 mWhcm-3)を示した。また、酸素官能基とプロトンとの相互作用を理解するため、酸化グラフェン官能基のpH依存性について詳細に検討し、pHに依存したエポキシ基の可逆的開閉反応を見出した。この新反応はプロトンがエポキシ上で非局在化することで高プロトン伝導性が発現することを示唆する。

研究成果

• [雑誌論文] All-Graphene Oxide Device with Tunable Supercapacitor and Battery Behaviour by the Working Voltage (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikako Ogata, Ruriko Kurogi, Kazuto Hatakeyama, Takaaki Taniguchi, Michio Koinuma, Yasumichi Matsumoto
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 号: 20 ページ: 3919-3922
  • DOI: 10.1039/c5cc09575a
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coal Oxide as a Thermally Robust Carbon-Based Proton Conductor (2015)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama, K.; Ogata, C.; Koinuma, M.; Taniguchi, T.; Hayami, S.; Kuroiwa, K.; Matsumoto, Y.
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Int. 巻: 7 号: 41 ページ: 23041-23046
  • DOI: 10.1021/acsami.5b06470
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oxide: A Fertile Nanosheet for Various Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Obata, K. Saiki, T. Taniguchi, T. Ihara, Y. Kitamura, and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 12 ページ: 121012-121029
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.121012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 酸化グラフェン膜のプロトン伝導と電気化学デバイスへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口 貴章、畠山 一翔、緒方 盟子、 鯉沼 陸央、松本 泰道
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 波止場会館
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] pH-driven, reversible epoxy ring opening/closing in graphene oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Taniguchi
  • 学会等名: 2016 Kumamoto Symposium on Two Dimensional Nanomaterial
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2016-02-04
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化グラフェン官能基の可逆的・非可逆的制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口 貴章
  • 学会等名: 第5回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2015-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ酸化グラフェンの液相合成と機能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口貴章、畠山一翔、鯉沼陸夫、松本泰道
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第28 回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2015-09-16