超高選択的分子分離ゲート導入グラフェンの創製

• 研究課題/領域番号: 26706001
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ナノ構造化学
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 大場 友則 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80406884)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2014年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
• キーワード: グラフェン / 分子分離 / 細孔 / 透過 / 水素 / 二酸化炭素 / メタン / 分離 / 分子動力学 / ナノ構造 / 空間制御 / 表面・界面物性 / ゲート / 分子認識

研究成果の概要

グラフェンの細孔を使った分子分離技術はグラフェンの厚さが0.3 nmであるため、究極的に薄いシートを用いた分子分離となる。 本研究では欠陥のほとんど見られない均一なグラフェンを創製し、その分子分離能を評価した。 水素、メタン、二酸化炭素の透過性、分子選択性を評価したところ、通常の分子分離膜と同程度の高い選択性がグラフェン厚のシートで実現されることが明らかとなった。 また、その透過性はこれまでの分子分離膜の数桁高い値となった。

研究成果

• [国際共同研究] サリー大学(英国)
• [国際共同研究] クイーンズ大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] サンパウロ連邦大学(ブラジル)
• [国際共同研究] Universidade Federal de Sao Paulo(Brazil)
• [国際共同研究] Universite Paris-Saclay(France)
• [国際共同研究] Julich Centre for Neutron Science(Germany)
• [雑誌論文] Consecutive Water Transport through Zero-Dimensional Graphene Gates of Single-Walled Carbon Nanohorns (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 120 号: 16 ページ: 8855-8862
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b03142
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Significant curvature effects of partially charged carbon nanotubes on electrolyte behavior using Monte Carlo simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba
  • 雑誌名: Phys Chem Chem Phys 巻: 18 号: 21 ページ: 14543-14548
  • DOI: 10.1039/c6cp02111e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Limited Quantum Helium Transportation through Nano-channels by Quantum Fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28992-28992
  • DOI: 10.1038/srep28992
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast Water Relaxation through One-Dimensional Channels by Rapid Energy Transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba, K. Ideta, K. Hata, S. -H. Yoon, J. Miyawaki, and K. Hata
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 17 号: 21 ページ: 3409-3415
  • DOI: 10.1002/cphc.201600895
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] グラフェン曲率界面での特異分子相互作用の発現と挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研吾, 大場友則
  • 雑誌名: Accounts of Materials & Surface Research 巻: 1 ページ: 86-98
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Wide Carbon Nanopores as Efficient Sites for the Separation of SF6 from N2 (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Takase, H. Kanoh, T. Ohba
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 11994-11994
  • DOI: 10.1038/srep11994
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanocrystallization of Imidazolium Ionic Liquid in Carbon Nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba, K. Hata, V. V. Chaban
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 51 ページ: 28424-28429
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b09423
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Water Assistance in Ion Transfer during Charge and Discharge Cycles (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 27 ページ: 15185-15194
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b02631
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 一次元ナノ空間中の特異水素結合構造の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 68 ページ: 1042-1043
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ制御空間中での特異的分子間相互作用の発現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 雑誌名: Cooloid & Interface Communication 巻: 40 ページ: 38-40
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Changing Water Affinity from Hydrophobic to Hydrophilic in Hydrophobic Channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori; Yamamoto, Shotaro; Kodaira, Tetsuya; Hata, Kenji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 31 号: 3 ページ: 1058-1063
  • DOI: 10.1021/la504522x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of carbon nanopores using large molecular probes in grand canonical Monte Carlo simulations and experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori; Yamamoto, Shotaro; Takase, Atsushi; Yudasaka, Masako; Iijima, Sumio
  • 雑誌名: Carbon 巻: 88 ページ: 133-138
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2015.02.077
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Size‐Dependent Water Structures in Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 126 号: 31 ページ: 8170-8174
  • DOI: 10.1002/ange.201403839
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excess Adsorption of Helium in Extremely Narrow Slit Pores (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 177 号: 5-6 ページ: 274-282
  • DOI: 10.1007/s10909-014-1214-5
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The thinnest molecular separation sheet by graphene gates of single-walled carbon nanohorns (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 号: 11 ページ: 11313-11319
  • DOI: 10.1021/nn504162s
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A new route to nanoscale ceramics in asymmetric reaction fields of carbon nanospaces (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ohba, Y. Ohyama, H. Kanoh
  • 雑誌名: RSC Advance 巻: 4 号: 62 ページ: 32647-32650
  • DOI: 10.1039/c4ra05311g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 低次元カーボン細孔中の水・水和構造の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 雑誌名: TANSO 巻: 263 ページ: 91-103
  • NAID: 130004812830
  • 査読あり
• [学会発表] Recent advances on molecular mechanism of molecules adsorbed in carbon nanospaces (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Akaiwa, K. Shimizu, T. Watanabe, and T. Ohba
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2017-03-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子動力学シミュレーションによるグラフェン電極間電解液の輸送ダイナミクスの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水研吾; 渡邊拓海; 赤岩淳; 大場友則
  • 学会等名: 第97回日本化学会春季年会
  • 発表場所: 慶応大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Water confined in carbon nanotube (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shimizu, Y. Oya, and T. Ohba
  • 学会等名: The 5th Symposium on Challenges for Carbon-based Nanoporous Materials
  • 発表場所: 信州大学（長野県・長野市）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 0次元ゲート通過する水蒸気の異常分子吸着挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第30回日本吸着学会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県・長崎市）
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] グラフェン曲率界面での特異分子挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 北海道教育大学（北海道・旭川）
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] セラミックのナノサイズ化による高親和的CO2吸着能の発現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邊拓実, 赤岩淳, 星大樹, 大場友則
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] グラフェンゲートによる分子分離とそのメカニズム解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] グラフェンによる高い透過性を有した気体分離シートの創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研吾, 加納博文, 大場友則
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] ピコメートル制御グラフェンゲートを用いた高効率分子分離の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研吾、山本翔太郎、加納博文、大場友則
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府、京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Synthesis of Nano Piezo Material and Its Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Akaiwa, T. Watanabe, K. Shimizu, D. Hoshi, and T. Ohba
  • 学会等名: 2nd Joint Workshop on Chirality in Chiba University and Soft Molecule Activation
  • 発表場所: 千葉大学（千葉県・千葉市）
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素細孔の構造評価 ―ガス吸着測定と解析のポイント― (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 炭素材料学会10月セミナー
  • 発表場所: 日本教育会館（東京都・千代田区）
• [学会発表] 水素の高選択性分離ナノカーボンの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水研吾, 大家由郁, 大場友則
  • 学会等名: 都市ガスシンポジウム
  • 発表場所: イイノホール＆カンファレスセンター（東京都・千代田区）
• [学会発表] Anomalous Molecular Interactions of Molecules Adsorbed in Carbon Nanospaces (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本翔太郎、清水研吾、加納博文、大場友則
  • 学会等名: 第４２回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府、吹田市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノ空間中での分子集合科学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 日本学術振興会炭素材料第１１７委員会 平成２７ 年度特別講演会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所 （東京都、江東区）
  • 年月日: 2015-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ制御空間中での特異的分子間相互作用の発現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第６６回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島、鹿児島市）
  • 年月日: 2015-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] 極小空間中での分子物性科学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 未来のコロイドおよび界面化学を創る若手討論会
  • 発表場所: ホテルウェルビューかごしま（鹿児島、鹿児島市）
  • 年月日: 2015-09-08
  • 招待講演
• [学会発表] Anomalous Properties of Molecules via Various Channels of Nanocarbons (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto、K. Shimizu、A. Takase、T. Ohba
  • 学会等名: 13th Korea-China-Japan Joint Symposium on Carbon Saves the Earth
  • 発表場所: Sofitel Hotel （中国、西安）
  • 年月日: 2015-08-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 疎水性ナノ空間中水分子の特異水素結合形成機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第17回花王研究奨励賞受賞記念講演
  • 発表場所: 花王株式会社すみだ事業場セミナーハウス（東京、墨田区）
  • 年月日: 2015-06-04
  • 招待講演
• [学会発表] 1次元ナノ空間中の特異水素結合構造の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第95日本化学会 春季年会
  • 発表場所: 千葉 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Water Affinity Change from Hydrophobicity to Hydrophilicity in Hydrophobic Carbon Nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Shotaro; Takase, Atsushi; Akaiwa, Jun; Ohba, Tomonori
  • 学会等名: The Fourth Symposium on Future Challenges for Carbon-based Nanoporous Materials
  • 発表場所: 長野県 ホテルメトロポリタン長野
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Molecular Structures in Porous Carbons for Environmental Science (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Tomonori
  • 学会等名: 12th Korea-China-Japan Joint Symposium on Carbon Saves the Earth
  • 発表場所: 韓国忠清南道 ロッテ扶余リゾート
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブ中の水の特異構造形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第８回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] 擬１次元ナノ空間中の水集合構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大場友則、加納博文
  • 学会等名: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 東京 東京理科大学神楽坂校舎
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] 疎水性ナノ空間中の水 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大場友則
  • 学会等名: 第１回 ナノ物質研究会
  • 発表場所: 長崎県 長崎大学大学院工学研究科
  • 年月日: 2014-08-23 – 2014-08-24
• [備考] 大場研究室
  • URL: http://moon.gmobb.jp/ohba/index.html
• [備考] 大場研究室ホームページ
  • URL: http://moon.gmobb.jp/ohba/
• [備考] 大場研究室ホームページ
  • URL: http://pchem2.s.chiba-u.ac.jp/ohba-group/