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2015 年度 実績報告書

超臨界流体プラズマを用いた二酸化炭素変換による光学機能性ナノグラフェン合成

研究課題

研究課題/領域番号 25701013
研究機関東北大学

研究代表者

笘居 高明  東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80583351)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードグラフェン / 分離操作
研究実績の概要

本研究では、CO2などの難再利用性廃棄物の還元による再資源化を目的とし、高温高圧電気化学反応を用いて、太陽電池などの光機能性デバイスに資する光学機能性半導体ナノグラフェンの合成システムを構築することを目的とする。
本年度の研究においては、単層カーボンナノチューブのカイラリティ分離に有効であるという報告がなされている、単一界面活性剤多段ゲルクロマトグラフィ法(SS-MUGEC法)を利用した、グラフェン構造の分離を実施した。
界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムの2 wt%水溶液中にてカーボンナノファイバーを超音波処理により剥離し、遠心分離操作により回収したナノグラフェンに対して、SS-MUGEC法により構造分離を行った。アリルデキストランゲルを充填した複数のゲルカラムを垂直に連結し、最上段カラムにグラフェン分散液を加え、各カラムに吸着したグラフェンと、吸着せず流出したグラフェンとに分離・回収し、それぞれについてラマン散乱分光法やAFMを中心に構造を解析した。
ラマン分光法のスペクトルから、1段目カラムでの分離操作による2Dバンドピーク位置の低減を確認した。グラフェンは層数の減少に伴いピークが低波数シフトすることが知られており、層数による分離が示唆された。また、各カラム流通後に回収したグラフェンの DバンドとGバンドの強度比(ID/IG)の推移から、カラム2段目以降では、段数の増加に伴いID/IGが徐々に減少していることが確認でき、シートサイズが大きく欠陥の少ないグラフェンが選択的に回収可能であることが示された。この結果は、エッジや欠陥がグラフェン自身の表面エネルギーを変化させ、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムのグラフェン表面への吸着密度が変化したことに起因すると考えている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請時の計画通り、ゲルクロマトグラフィ法によりグラフェン構造分離を実施し、これに成功した。

今後の研究の推進方策

これまでに、難再利用性廃棄物の電気化学的還元によるグラフェン作製、及び、グラフェンの構造分離手法の確立を順調に進めている。
最終年度となる次年度においては、これらを組み合わせ、難再利用性廃棄物の還元による再資源化による光学機能性半導体ナノグラフェンの合成システム全体を構築する。
また、太陽電池や光化学触媒など、生成物の具体的応用についても検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。

次年度使用額の使用計画

当初計画に加え、光学的・電気化学的機能評価を推進するための実験条件追加に当てる。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] 高温・高圧流体を利用したナノシート材料作製2016

    • 著者名/発表者名
      笘居高明
    • 学会等名
      「若手研究者による化学工学の最新技術」に関する講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Graphene synthesis by hydrothermal cathodic reduction2016

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Tomai, Yusuke Okamura and Itaru Honma
    • 学会等名
      5th INTERNATIONAL SOLVOTHERMAL AND HYDROTHERMAL ASSOCIATION CONFERENCE
    • 発表場所
      Tainan, Taiwan
    • 年月日
      2016-01-17 – 2016-01-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Bottom-up synthesis of mono-layer graphene by hydrothermal electrolysis2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Okamura,Takaaki Tomai, Itaru Honma
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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