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保田 諭; 松島 永佳*; 原田 健児*; 谷井 理沙子*; 寺澤 知潮; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; Gueriba, J. S.*; Di
o, W. A.*; 福谷 克之
ACS Nano, 16(9), p.14362 - 14369, 2022/09
被引用回数：12 パーセンタイル：84.04(Chemistry, Multidisciplinary)水素同位体である重水素は、半導体産業や医薬品開発に必須な材料であることから、重水素の高効率かつ低コストでの濃縮分離技術の開発は重要である。本研究では、グラフェンとパラジウム薄膜からなるヘテロ電極触媒を開発し、固体高分子形電気化学水素ポンピング法に適用することで高い分離能をもつ重水素濃縮デバイスの開発を行った研究について報告する。その結果、印加電圧が大きくなるにつれ分離能の指標となるH/D値が小さくなる明瞭な電位依存性が観察された。観察されたH/Dの電圧依存性について理論計算により検証した結果、印加電圧が小さい場合、水素イオンと重水素イオンがグラフェン膜透過の活性化障壁を量子トンネル効果により透過することで大きなH/D分離能が発現すること、印加電圧が大きくなると活性化障壁を乗り越えて反応が進行するためH/D値が減少することが示された。以上、グラフェンの水素同位体イオンの量子トンネル効果を利用することで高いH/D分離能を有する水素同位体分離デバイス創製の設計指針を得た。
保田 諭; 松島 永佳*; 朝岡 秀人; 福谷 克之
no journal, ,
本研究では、パラジウム薄膜をグラフェン膜に蒸着したグラフェン-パラジウム電極を用いてグラフェンが水素同位体ガスの分離能に与える影響について検証した。グラフェンーパラジウム電極とPt/C電極からなる膜複合体を作製し、水素同位体ガスの分離能を評価した結果、パラジウム電極のみと比べ、グラフェンーパラジウム電極では水素同位体分離能が向上することが分かった。
保田 諭; 松島 永佳*; 朝岡 秀人; 福谷 克之*
no journal, ,
本研究では、パラジウム薄膜をグラフェン膜に蒸着したグラフェン-パラジウム電極触媒を用い、水素ポンピング法を適用することでグラフェンが水素同位体ガスの分離能に与える影響について検証した。グラフェン-パラジウム電極と白金微粒子の電極からなる膜複合体を作製し、水素ポンピング法により水素同位体ガスの分離能を評価した結果、パラジウム電極のみと比べ、グラフェン-パラジウム電極では水素同位体分離能が向上することが分かった。
保田 諭; 松島 永佳*; 朝岡 秀人; Gueriba, J. S.*; Dio, W. A.*; 福谷 克之*
no journal, ,
本研究では、パラジウム薄膜をグラフェン膜に蒸着したグラフェン-パラジウムヘテロ電極を用い、水素ポンピング法による水素同位体ガスの分離能について検証した。その結果、電圧が小さいときはH/D分離能は高く、バイアスを大きくなるにつれ分離能が減少する傾向が観察された。観察された結果について理論的検証を行った結果、グラフェンを介したヒドロンのトンネル効果から古典的な遷移状態を乗り越える移動に転移することによって発現することが示された。
保田 諭; 松島 永佳*; 寺澤 知潮; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; Gueriba, J.*; Dio, W.*; 福谷 克之
no journal, ,
本研究では、グラフェンとパラジウム薄膜からなるヘテロ電極触媒を開発し、固体高分子形電気化学水素ポンピング法により水素と重水素を分離する研究について報告する。質量ガス分析の結果、印加電圧が大きくなるにつれ分離能の指標となるH/D値が小さくなる明瞭な電位依存性が観察された。観察されたH/Dの電圧依存性について理論計算により検証した結果、印加電圧が小さい場合、水素イオンと重水素イオンがグラフェン膜透過の活性化障壁を量子トンネル効果により透過することで大きなH/D分離能が発現すること、観察された電圧依存性は古典的な移動により活性化障壁を乗り越えるパスから量子トンネル効果によって透過するパスに変化することに起因することを示した。以上、グラフェンの水素同位体イオンの量子トンネル効果を利用することで高いH/D分離能を有する水素同位体分離デバイス創製の設計指針を得た。
保田 諭; 松島 永佳*; 矢野 雅大; 寺澤 知潮; 朝岡 秀人; Jessiel, G.*; Wilson, D.*; 福谷 克之
no journal, ,
本研究では、電気化学的手法である水素ポンピング法と理論的アプローチにより、いまだ論争が続いているグラフェンの水素同位体分離能(H/D)を解明することを行った。その結果、高いH/D分離能とその電圧依存性が観察され、理論計算の結果、グラフェンのH/D分離能は量子トンネル効果に起因することを明らかにし、二次元薄膜材料を用いた常温で高いH/D分離能を有する低コストの水素同位体分離デバイス創製の設計指針を得た。
小塚 翔平*; 斉藤 淳一; 上田 幹人*; 松島 永佳*
no journal, ,
ナトリウムの高純度化技術のひとつとして、イオン液体中に液体ナトリウムを漬けることで液体ナトリウム中の不純物成分である酸素が除去される技術が報告されている。本研究では、液体ナトリウムとイオン液体の反応挙動を観察するとともに、発生するガス成分を分析した。その結果、発生するガスは一酸化炭素と二酸化炭素であることが判明し、それよりガス発生メカニズムを考察した。
保田 諭; 朝岡 秀人
松島 永佳*
特願 2021-039878 
公開特許公報
【課題】水素と重水素の混合ガスから気体状態の重水素を安価に得る。 【解決手段】第1電極11は水素(H成分、D成分)を透過させる金属(水素透過金属)で構成された電極であり、この水素透過金属は例えばPDである。第1電極11を透過したHイオン、Dイオンは、プロトン伝導層20中を第2電極12側に流れる。第1電極11が陽極として、第2電極12が陰極として用いられた場合、Hイオン、Dイオンはプロトン伝導層20中を図中左側から右側に流れる。この際、入力ガスにおける水素成分が重水素成分よりも陰極側の雰囲気中に流れやすくなり、入力ガス中のH/D組成比よりも、生成ガス中のH/D組成比が高くなる。入力ガスのうちこのようにH成分、D成分が消費された後で排出される排出ガスにおいてはD成分が濃縮される。
保田 諭; 朝岡 秀人
松島 永佳*
特願 2021-039879 公開特許公報
【課題】水素と重水素の混合ガスから気体状態の重水素を安価に得る。 【解決手段】上側のMEA M1を主体として形成される第1ユニットU1においては前記の第1反応が発生することによって燃料電池として機能すると共に、MEA M1における陽極側ガス室31に供給される入力ガスのD組成が濃縮される。第1入力ガス中のD/H組成比が高められた第1排出ガスがMEA M1の第1ガス室31から排出される。第2ユニットU2は、この第1排出ガスのD濃度を更に高めるために機能する。MEA M2における第1電極11はMEA M1における第1電極11と、MEA M2における第2電極12はMEA M1における第2電極12と、それぞれ電気的に接続されている。第1排出ガス中のD/H組成比が更に高められた第2排出ガスが最終的な出力ガスとしてMEA M2の陽極側ガス室31から排出される。
保田 諭; 朝岡 秀人
松島 永佳*
特願 17/691807 公開特許公報
To obtain deuterium in a gas state from a mixed gas of hydrogen and deuterium at a low cost. A first electrode 11 is an electrode made of a metal allowing hydrogen (H component and D component) to permeate therethrough (hydrogen permeable metal), and the hydrogen permeable metal is Pd, for example. H ions and D ions having permeated through the first electrode 11 flow to the side of a second electrode 12 in a proton conduction layer 20. When the first electrode 11 is used as an anode and the second electrode 12 as a cathode, H ions and D ions flow in the proton conduction layer 20 from the left to the right in the drawing. In that case, hydrogen component in an input gas is more likely to flow into an atmosphere on the cathode side than deuterium component, and an H/D composition ratio accordingly becomes higher in a product gas than in the input gas. In an exhaust gas extracted after H and D components in the input gas are thus consumed, D component has been enriched.
保田 諭; 朝岡 秀人
松島 永佳*
特願 3151601 公開特許公報
To obtain deuterium in a gas state from a mixed gas of hydrogen and deuterium at a low cost. A first electrode 11 is an electrode made of a metal allowing hydrogen (H component and D component) to permeate therethrough (hydrogen permeable metal), and the hydrogen permeable metal is Pd, for example. H ions and D ions having permeated through the first electrode 11 flow to the side of a second electrode 12 in a proton conduction layer 20. When the first electrode 11 is used as an anode and the second electrode 12 as a cathode, H ions and D ions flow in the proton conduction layer 20 from the left to the right in the drawing. In that case, hydrogen component in an input gas is more likely to flow into an atmosphere on the cathode side than deuterium component, and an H/D composition ratio accordingly becomes higher in a product gas than in the input gas. In an exhaust gas extracted after H and D components in the input gas are thus consumed, D component has been enriched.
