Control of hydrogen isotope separation by hydrogen ion permeable hetero electrode interface

氢离子可渗透异质电极界面控制氢同位素分离

• 批准号: 21H01751
• 负责人: 保田 諭
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01751/
• 关键词: 同位体分離; グラフェン; 水素; 二次元材料; 同位体効果; ボロンナイトライド; 重水素; トンネル効果; 水素同位体効果; 水素ポンピング

本研究では、二次元薄膜を電極材料に用いた固体高分子形電気化学セルによる重水素濃縮分離デバイスを開発する。また、二次元薄膜を用いた水素同位体分離の学理の発展だけでなく、室温・常圧での重水素の低コスト製造法の知見を得ることを目的とする。本年度は、昨年度に得られた知見を基にし、グラフェン以外の二次元薄膜材料を用いたヘテロ電極構造を構築し、同位体分離能が量子トンネル効果に起因するかどうかの検証を行った。水素ポンピング法によりカソードから排出される水素同位体ガスを質量ガス分析により評価し分離能を算出した。二次元薄膜にはグラフェンと同じ六員環構造をもつが元素が異なるボロンナイトライドを用いた。印加電圧による分離能依存性について評価した結果、電圧が低い場合には高い選択性を有し、電圧を高くするにつれ分離能が低下する、グラフェンを用いた時と同様の結果が得られた。この結果から、1原子層の二次元薄膜材料の水素同位体分離能は、量子トンネル効果に起因することを結論づけた。また、低エネルギーイオン照射装置による二次薄膜への空孔構造導入技術を用いて、空孔構造が水素同位体分離能に与える影響についても検証した。その結果、空孔構造導入前と同様に印加電圧に依存した同位体分離能が観察されたが、観察される電流や電圧に大きな差は観察されなかった。次年度にはさらなる空孔構造の導入や、異種元素をドープした二次元薄膜材料を用いて空孔やドープ構造が同位体分離能に与える影響について精査する。以上、二次元薄膜の水素同位体分離能は、量子トンネル効果に起因することを示した。

In this study, the application of solid polymer electrochemistry in the concentration and separation of heavy hydrocarbons was investigated. Development of the Theory of Isotopic Separation of Hydrocarbons for the Use of Two-Dimensional Thin Films at Room Temperature and Normal Pressure This year, we have been able to find out the basic principles and applications of secondary thin film materials, such as electrode structure construction, isotope separation energy, quantum chemical effect, etc. Water element isotope mass analysis method The two-dimensional thin film has the same six-membered ring structure, and the elements are different. The separation energy dependence of the voltage is low, the selectivity is high, and the separation energy is low. The results show that the water isotope separation energy of 1 atomic layer and 2 dimensional thin film materials is the cause of quantum structure. The application of porous structure introduction technology for secondary thin film in the irradiation device, the influence of porous structure on the separation energy of water isotope, and the detection and verification As a result, the pore structure is introduced in the same way, and the isotope separation energy is detected in the same way. In the next year, the introduction of porous structures and the use of heterogeneous elements in secondary thin film materials will be carefully investigated. The above results show that the separation of water isotopes in two-dimensional thin films can be caused by quantum chemistry.

项目成果

固体高分子形電気化学セルを用いた水素同位体ガス分離の研究

固体聚合物电化学电池氢同位素气体分离研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 保田諭;松島永佳;朝岡秀人;福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

Probing Strain and Doping along a Graphene Wrinkle Using Tip-Enhanced Raman Spectroscopy

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c08529
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Maria Vanessa Balois-Oguchi;N. Hayazawa;Satoshi Yasuda;K. Ikeda;Tien Quang Nguyen;M. C. Escaño;Takuo Tanaka

Electrochemically Driven Specific Alkaline Metal Cation Adsorption on a Graphene Interface

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c03322
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: S. Yasuda;K. Tamura;Masaru Kato;H. Asaoka;Ichizo Yagi

グラフェンの量子トンネル効果による水素同位体分離

利用石墨烯中的量子隧道效应分离氢同位素

• 发表时间: 2023
• 作者: S. Yasui;M. Hiraishi;A. Ishizawa;H. Omi;R. Kaji;S. Adachi;T. Tawara;志村泰充，西村京輔，北川拓也，稲垣怜史，窪田好浩;竹入 聡一郎，早川 竜馬，山田 洋一，若山 裕，福本 恵紀;保田 諭，松島永佳，矢野雅大，寺澤知潮，朝岡秀人，J. S. Gueriba，W. A. Dino，福谷克之
• 通讯作者: 保田 諭，松島永佳，矢野雅大，寺澤知潮，朝岡秀人，J. S. Gueriba，W. A. Dino，福谷克之

単層グラフェンを用いた量子トンネル効果による水素同位体分離

使用单层石墨烯通过量子隧道分离氢同位素

• 发表时间: 2023
• 作者: Thomas Scheike;Zhenchao Wen;Shinya Kasai;Hiroaki Sukegawa;Seiji Mitani;張 聖翔，稲垣怜史，窪田好浩;福本 恵紀;保田 諭，松島永佳，矢野雅大，寺澤知潮，朝岡秀人，J. S. Gueriba，W. A. Dino，福谷克之
• 通讯作者: 保田 諭，松島永佳，矢野雅大，寺澤知潮，朝岡秀人，J. S. Gueriba，W. A. Dino，福谷克之