Confinement of hydrogen molecules at graphene-metal interface by electrochemical hydrogen evolution reaction

電気化学水素発生反応によるグラフェン-金属界面への水素分子の捕捉

保田 諭   ; 田村 和久   ; 寺澤 知潮   ; 矢野 雅大   ; 中島 秀朗*; 森本 崇宏*; 岡崎 俊也*; 上利 龍史*; 高橋 康史*; 加藤 優*; 八木 一三*; 朝岡 秀人  

Yasuda, Satoshi; Tamura, Kazuhisa; Terasawa, Tomoo; Yano, Masahiro; Nakajima, Hideaki*; Morimoto, Takahiro*; Okazaki, Toshiya*; Agari, Ryushi*; Takahashi, Yasufumi*; Kato, Masaru*; Yagi, Ichizo*; Asaoka, Hidehito

新しい二次元材料の新たな用途とエネルギー貯蔵システム創製の観点からグラフェン-基板界面への水素貯蔵に関する研究は重要である。本研究では、電気化学水素発生反応によりグラフェンのもつプロトン透過能を利用して、グラフェン-Au金属界面に水素を貯蔵する検証を行った。グラフェン担持Au電極を酸性溶液下での水素発生反応を誘起した結果、グラフェンとAu界面に水素が捕獲されたナノバブル構造が形成されるのを走査型トンネル顕微鏡により明らかにした。また、電気化学ラマン分光の結果、電気化学反応によるグラフェンの膜緩和が界面における水素貯蔵に重要な役割を担っていることを明らかにした。

Confinement of hydrogen molecules at graphene-substrate interface has presented significant importance from the viewpoints of development of fundamental understanding of two-dimensional material interface and energy storage system. In this study, we investigate H confinement at a graphene-Au interface by combining selective proton permeability of graphene and the electrochemical hydrogen evolution reaction (electrochemical HER) method. After HER on a graphene/Au electrode in protonic acidic solution, scanning tunneling microscopy finds that H nanobubble structures can be produced between graphene and the Au surface. Strain analysis by Raman spectroscopy also shows that atomic size roughness on the graphene/Au surface originating from the HER-induced strain relaxation of graphene plays significant role in formation of the nucleation site and H storage capacity.