| 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 | 水素同位体 / グラフェン / 電気化学 / トンネル効果 / 同位体効果 / ボロンナイトライド / 水素 / 重水素 / 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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| 研究成果の概要 |
二次元材料であるグラフェンとパラジウム金属膜からなるヘテロ電極が持つ水素同位体分離能の起源とその制御法に関する検証を行った。固体高分子膜からなる電気化学デバイスと質量ガス分析法を適用して評価した結果、グラフェンの分離能の起源はグラフェンを透過する水素同位体イオンの量子トンネル効果に起因していることを明らかにした。また、グラフェンへの空孔構造導入による分離能の変調効果に関する基礎的知見も得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
二次元材料のグラフェンの水素同位体イオンの分離能が量子トンネル効果に起因していることを初めて明らかにするのと同時に、分離能の制御因子に関する基礎的知見を得た。これらの成果は、水素同位体分離の新しい手法・制御法となるもので、水素同位体分離や二次元材料分野での学理の発展に貢献が期待される。また、水素同位体である重水素は、半導体産業や光通信分野、医薬品開発、核融合の材料であるにも関わらず、製造コストが高くすべてを海外から輸入している。本成果は、低コストでの重水素分離法の技術となる可能性を有しており、国産製造化と日本の産業の活性化と国際競争力強化といった貢献が期待でき社会的意義も高い。
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