| 研究課題/領域番号 |
21H01751
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
保田 諭 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, 研究主幹 (90400639)
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| 研究分担者 |
福谷 克之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10228900)
矢野 雅大 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 (30783790)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
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| キーワード | 同位体効果 / グラフェン / ボロンナイトライド / 水素 / 重水素 / トンネル効果 / 同位体分離 / 二次元材料 / 水素同位体効果 / 水素ポンピング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、水素同位体やそのイオンを透過する水素透過金属と二次元膜からなるヘテロ電極触媒を構築し、固体高分子形電気化学セルを用いた重水素濃縮分離デバイスを開発する。様々な異種元素をドープしたドープ二次元膜を作製し、ヘテロ界面における水素同位体との相互作用変調により水素同位体分離能の向上を試みる。これにより水素同位体分離の学理の発展だけでなく重水素の低コスト製造法の礎を築く。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、二次元薄膜を電極材料に用いた固体高分子形電気化学セルによる重水素濃縮分離デバイスを開発する。また、二次元薄膜を用いた水素同位体分離の学理の発展だけでなく、室温・常圧での重水素の低コスト製造法の知見を得ることを目的とする。本年度は、昨年度に続き、二次元薄膜への空孔構造導入技術を発展させ、空孔構造が水素同位体分離能に与える影響について精査した。より高密度の空孔構造をグラフェンに導入するため、イオン照射時間と電流密度を増やしラマン分光法により評価した結果、およそ2nm間隔程度の密度で空孔導入が可能であるが、それ以上のイオン照射ではグラフェンの2Dバンドが大きく減少し、グラフェンがアモルファス化することが明らかとなった。2nm間隔程度の密度の空孔構造を導入したグラフェンを用いて、水素同位体分離能を質量ガス分析装置により評価を行った結果、若干の分離能と印加電圧の減少が観察された。この結果は、空孔構造導入によってグラフェンのバリア高さが減少したことでトンネル効果による分離能の影響が低減した一方で、印加電圧が小さくなったと考えられる。
グラフェンのトンネル効果による水素同位体分離は、グラフェンのバリア高さが高いため印加電圧が高くなることが課題となっている。空孔構造導入の結果は、バリア高さを低減することで、分離能は減少するが印加電圧も低減、すなわち反応量に対応する電流量を増加させる制御因子になりえる結果を得た。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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