| 研究課題/領域番号 |
20K04186
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
納冨 充雄 明治大学, 理工学部, 専任教授 (70218288)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | Mg系水素貯蔵材料 / 水素吸蔵材料 / マグネシウム / 鉄 / グラフェン / グラファイト / 水素貯蔵材料 / Mg-Fe / Graphite / Grahene / Mg系合金 / Nanoconfinement / Mg系積層薄膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素を固体に固定化する手法は，化学吸着，物理吸着，Kubas結合，Nanoconfinementの4種類が知られている。これまで，Mgに水素を化学吸着する方法に対して遷移金属の積層や合金化により水素吸蔵量と水素放出温度の改善を試み，一定の成果を得たが十分ではなかった。そこで本研究では水素貯蔵時に水素化物が不安定化するようにNanoconfinement効果を応用した水素貯蔵材料を開発する。さらに，Nanoconfiementのメカニズムを検討するためにナノオーダーの膜厚のMg/遷移金属/高分子積層薄膜を開発し，水素透過度を測定することによってNanoconfinement現象を追求する。
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| 研究成果の概要 |
Nanoconfinement効果を利用したMg系水素貯蔵材料の開発を目指した．まず，抵抗加熱真空蒸着法およびPLD法によりMg/Fe系とMg/Al系の積層薄膜を作製した．その結果，Mg/Fe/Pd積層膜は最大5.58 wt.%，Mg/Al/Pd積層膜は最大3.0 wt.%の水素貯蔵量を示した．次に，メカニカルアロイング法にてMg-Fe-炭素化合物粉体を作製した．その結果，Mg-C60-Fe粉体は最大3wt.%，Mg-Fe-Gr粉体は最大4 wt.%，Mg-Fe-Graphene粉体は最大4 wt.%，Mg-Fe-還元型酸化グラフェン粉体は4 wt.%の水素貯蔵量を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水素貯蔵材料の開発にはNanoconfinement効果が有力視され，従来の水素貯蔵量を凌駕する報告もある。そこで，この効果を活かすために，積層薄膜と粉体という二つのアプローチをとり，水素貯蔵量がMgの理論吸蔵量に近づきつつ，水素放出温度の約100℃の低減と水素放出速度の大幅な改善が達成できることを示した．これは今後の水素貯蔵材料開発指針を示すものである．さらにこの知見は水素窒素分離膜の開発に活かすことができると考え，まずはベースとなる高分子材料の水素透過度測定を行い，その方向性を示すことができた．
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