酸化グラフェン膜を用いた金属イオン選択膜の開発

• 研究課題/領域番号: 16K21237
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性; 機能物性化学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2017); 熊本大学 (2016)
• 研究代表者: 畠山 一翔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (30773965)
• 研究協力者: 廣瀬 恭典 熊本大学, 学生 ; 松本 泰道 熊本大学, 理事 ; 鯉沼 陸央 熊本大学, 准教授 ; 谷口 貴章 物質材料研究機構, 主任研究員
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 酸化グラフェン / イオン分離膜 / 層間制御 / イオン透過速度 / イオン選択膜

研究成果の概要

天然グラファイトの酸化・剥離により安価に作製可能な酸化グラフェン(GO)は、高い機械的強度、ガスバリア性、プロトン伝導性など優れた特性を示し、将来を担う材料である。本研究では、GOから作製した自立膜を利用し、金属イオンの分離膜の開発を目指した。結果として、GO自立膜を通した銅イオンの透過速度を制御することに成功し、透過速度を決定する重要因子が層間隔であることを突き止めた。また、銅イオンと鉛イオンの混合液から、鉛イオンのみを取り出すことに成功し、その分離メカニズムもGO自立膜の層間隔の観点から説明できることを突き止めた。これらの結果は、GOを利用した分離膜研究において非常に重要な結果である。

研究成果

• [雑誌論文] The Effect of Layer Distance and Oxygen Content for Tuning Ion Permeation through Graphene Oxide Membrane (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Hatakeyama、Kyosuke Hirose、Keisuke Awaya、Michio Koinuma、Narumi Kameda、Tetsuya Kida、Shinya Hayami、Yasumichi Matsumoto
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 号: 3 ページ: 292-295
  • DOI: 10.1246/cl.171070
  • NAID: 130006434026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermally conductive tough flexible elastomers as composite of slide-ring materials and surface modified boron nitride particles via plasma in solution (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Goto, Masaki Iida, Helen Tan, Chang Liu, Koichi Mayumi, Rina Maeda, Koichi Kitahara, Kazuto Hatakeyama, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Hideaki Yokoyama, Kaoru Kimura, Kohzo Ito, Yukiya Hakuta, and Kazuo Terashima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 112 巻: 112 号: 10 ページ: 101901-101901
  • DOI: 10.1063/1.5020325
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solid Electrolyte Gas Sensor Based on a Proton-Conducting Graphene Oxide Membrane (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Azumi、Kuwaki Yuta、Sano Toshifumi、Hatakeyama Kazuto、Quitain Armand、Sasaki Mitsuru、Kida Tetsuya
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 2 号: 6 ページ: 2994-3001
  • DOI: 10.1021/acsomega.7b00239
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of hydrophilic groups in acid intercalated graphene oxide as a superionic conductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Wakata Kosuke、Islam Md. Saidul、Karim Mohammad Razaul、Hatakeyama Kazuto、Rabin Nurun Nahar、Ohtani Ryo、Nakamura Masaaki、Koinuma Michio、Hayami Shinya
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 7 号: 35 ページ: 21901-21905
  • DOI: 10.1039/c7ra01634d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] All-Graphene Oxide Flexible Solid-State Supercapacitors with Enhanced Electrochemical Performance (2017)
  • 著者名/発表者名: Chikamo Ogata, Ruriko Kurogi, Keisuke Awaya, Kazuto Hatakeyama, Takaaki Taniguchi, Michio Koinuma, Michio; Yasumichi Matsumoto
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 号: 31 ページ: 26151-26160
  • DOI: 10.1021/acsami.7b04180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface state change effects of electrochemically oxidized/reduced glassy carbon on electrochemical capacitance (2017)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Awaya, Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Yasumichi Matsumoto
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 7 ページ: 1030-1032
  • DOI: 10.1246/cl.170253
  • NAID: 130005709478
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of water-dispersible reduced graphene oxide without stabilizers using liquid-phase photoreduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama Kazuto、Awaya Keisuke、Koinuma Michio、Shimizu Yoshiki、Hakuta Yukiya、Matsumoto Yasumichi
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 13 号: 45 ページ: 8353-8356
  • DOI: 10.1039/c7sm01386h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton conductors produced by chemical modifications of carbon allotropes, perovskites and metal organic frameworks (2016)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Razaul Karim, Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Shinya Hayami
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 5 号: 16 ページ: 7243-7256
  • DOI: 10.1039/c6ta10923c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Interlayer Distance and Oxygen Content on Proton Conductivity of Graphite Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: M. R. karim, M. S. Islam, K. Hatakeyama, M. Nakamura, R. Ohtani, M. Koinuma, S. Hayami
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 38 ページ: 21976-21982
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b06301
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermally Stable Super Ionic Conductor from Carbon Sphere Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: M. S. Islam, M. R. Karim, K. Hatakeyama, H. Takehira, R. Ohtani, M. Nakamura, M. Koinuma, S. Hayami
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 11 号: 16 ページ: 2322-2327
  • DOI: 10.1002/asia.201600835
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical detection of hydrogen using two-dimensional carbon nanosheets (2016)
  • 著者名/発表者名: Azumi Miyamoto, Yuta Kuwaki, Kazuto Hatakeyama, Quitain Armando, Mitsura Sasaki, Yasumichi Matsumoto, Tetsuya Kida
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 75 号: 16 ページ: 39-45
  • DOI: 10.1149/07516.0039ecst
  • 査読あり
• [学会発表] 酸化グラフェン膜のイオン透過特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 畠山一翔
  • 学会等名: 第8回酸化グラフェンシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] The Factor of Ion Permeation through Graphene Oxide Membrane (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Hatakeyama、Michio Koinuma、Shinya Hayami、Yasumichi Matsumoto
  • 学会等名: RPGR2017
  • 国際学会
• [学会発表] pH調整光還元による水への高分散還元酸化グラフェンの作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 畠山一翔、粟屋恵介、鯉沼陸央、清水禎樹、伯田幸也、松本泰道
  • 学会等名: グラフェン・酸化グラフェン合同シンポジウム
• [学会発表] Proton/Electron Mixed Conducting Property of Graphene Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Tetsuya Kida, Shinya Hayami, Yasumichi Matsumoto
  • 学会等名: The 8th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research (RPGR2016)
  • 発表場所: Sungkyunkwan University, Korea
  • 年月日: 2016-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Proton and Proton/Electron Mixed Conducting Properties of Graphene Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Hatakeyama
  • 学会等名: UNISTでの特別講演
  • 発表場所: UNIST, Koria
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高いプロトン伝導性と熱安定性を有した石炭酸化物 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠山一翔、谷口貴章、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
  • 学会等名: 第6回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区キャンパス、福岡
• [学会発表] 酸化グラフェン膜を通した銅イオン透過速度制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠山一翔、廣瀬恭典、鯉沼陸央、速水真也、松本泰道
  • 学会等名: 第6回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区キャンパス、福岡
• [学会発表] 塩基性条件を用いた水への高分散性を有する 還元酸化グラフェンの作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠山一翔、鯉沼陸央、松本泰道
  • 学会等名: 第7回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 姫路商工会議所、兵庫