ナノ構造化グラファイト-水素系の材料特性

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本研究は、黒鉛(グラファイト)を水素雰囲気中で機械的ミリング法によって練り上げ、高濃度の欠陥構造を人工的に導入し、水素を高容量かつ高効率で貯蔵・輸送できる新規な軽量非金属材料の設計指針を得ることを目的に取り組まれた。1.欠陥構造の導入過程:最近、水素中でミリングすることによって形成される欠陥構造は、金属触媒によって大きく変化することが見出されてきた。本研究では、ミリングポットからの鉄の混入のないナノ構造化グラファイトを作製する目的で、様々なミリング容器を作製し、実験を重ねた。その結果、ジルコニウム酸化物(ZrO2)で作製した容器を用いることによって鉄の混入が抑えられ、水素中(10気圧)での80時間のミリング処理によって水素を2〜3wt%吸蔵し、その水素の放出は、300℃当たりから900℃以上まで、連続的に起こることを見出した。この結果は、鋼鉄のミリング容器で作製したナノ構造化グラファイトの水素放出が330℃と700℃の2つの温度で起こるのとはまったく異なっていることを見出した。つまり、2ピーク構造は鉄の触媒効果によって生成されたものであると結論される。その他、鉄に変わってNiを触媒として用いることによって、低温側の水素放出ピークが成長し、水素放出温度の低温化が実現した。2.欠陥構造に依存した水素の動き前回、わずかに鉄が混入したナノ構造化グラファイトについて、プロトンのNMR実験を行い、2種類の異なる緩和時間の成分が存在するを報告した。今回は鉄の混入のないナノ構造化グラファイトの中のプロトンのNMRの測定を行った。その結果は、1種類の緩和時間を示し、そのときの水素の動きを表す活性化エネルギーは0.1〜0.2eVと極めて小さいことが判った。この起源は定かではないが、ナノ構造化グラファイト中に導入された水素が極めて早く動き回っていることを示唆しているらしい。今後、ドイツのマックスプランク研究所で本NMR測定は継続され、その起源の追求が行われる。