2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of energy devises based on graphene oxide hybrids
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15F15347
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
速水 真也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30321912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KARIM MOHAMMAD 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2015-11-09 – 2018-03-31
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| Keywords | 酸化グラフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化グラフェンは、もともとグラフェンを得る際のプロセスで得られる化合物であるが、この酸化グラフェンのプロトン伝導性が非常に高いことに着目し、燃料電池の固体電解質への応用が可能であることを示唆している。また酸化グラフェンを還元することでグラフェンを得ることができるが、還元法としてヒドラジン還元と光還元を用いることでp型グラフェンおよびn型グラフェンを作り分けることができる。もともとグラフェンはp型およびn型の性質を有していると考えられているが、異なった還元手法を用いることによりp型およびn型のグラフェンを作り分けることができれば、グラフェンのみを用いたpn接合を実現することができ、太陽電池の開発へとつながるものと考えられる。
酸化グラフェンがマイナスのチャージを有しているため、カチオン性のものは何でも複合体を形成できるというメリットがある。すなわちプロトンやアルキルアンモニウムカチオンや機能性有機物のカチオン、その他にアルカリ金属、遷移金属、希土類などの金属イオン、さらには金属錯体ともハイブリッド化合物を形成する。したがって酸化グラフェンハイブリッド化合物の多機能性プロトン伝導体、さらにその還元体であるグラフェンハイブリッド化合物の多機能性を視野に入れ、本研究では、(i)酸化グラフェンやグラフェンを用いたを燃料電池および太陽電池の開発および(ii) 酸化グラフェンやグラフェンのハイブリッド化合物を用いたをハイブリッド燃料電池および太陽電池の開発を目的とした「太陽電池および燃料電池を指向したグラフェンハイブリッドの開発」という研究テーマに基づいて研究開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酸化グラフェンは高いプロトン伝導性を示し、還元体であるグラフェンはp型あるいはn型の半導体特性を示すことを見出した。これらは燃料電池や太陽電池の応用が可能であると考えられる。そこで酸化グラフェンのマイナスチャージを有する特徴を用いて、酸化グラフェンと様々な物質あるいは金属イオンなどとハイブリッド化合物を形成することができ、さらにその還元体であるグラフェンとのハイブリッド化合物も比較的容易に合成することができる。またそれらのいくつかの結果からも非常にユニークで興味深い物性を発現することも分かってきた。酸化グラフェンやグラフェンをホストとして用いることにより、ゲストとしてプロトンをはじめとする様々なイオンや元素、さらには有機化合物や金属錯体など様々な物質群を取り込むことができる。有機化合物としては、アルキルアンモニウムイオン、キラル化合物、π系芳香族あるいは光機能性分子などが候補として挙げられる。また金属錯体としては磁性体や伝導体あるいは混合原子価化合物などとのハイブリッド化に興味が持たれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここで提案する酸化グラフェンのプロトン伝導特性のみならず、酸化グラフェンがマイナスのチャージを有しているため、カチオン性のものは何でも複合体を形成できるというメリットがある。すなわち驚くべきことにプロトンともハイブリッド化合物を形成することがプレリミナリーな実験結果から分かった。さらにはアルキルアンモニウムカチオンや機能性有機物のカチオン、その他にアルカリ金属、遷移金属、希土類などの金属イオンとも容易にイブリッド化合物を形成し、さらには金属錯体ともハイブリッド化合物を形成する。酸化グラフェンのプロトン伝導のみならず酸化グラフェンとカチオンとのハイブリッド化合物の創製は全く未開拓の分野であり、それら新材料から創発する機能性もまた未知なる可能性を秘めいる。また酸化グラフェンをヒドラジン還元および光還元など行うことにより得られるグラフェンのp型およびn型特性を用いたpn接合に関する研究も全くの未開拓の分野である。さらに酸化グラフェンとカチオンとのハイブリッド化合物の還元も種々行うことができるため、グラフェンハイブリッド化合物の開発も行うことができる。これらの化合物から得られる機能探索は今後のグラフェンあるいはナノ炭素材料のさらなる可能性を見出すものと考えている。
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Research Products
(7 results)
