グラフェンハイブリッドの光触媒およびエネルギー変換システムの構築

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酸化グラフェンは、グラファイトを酸化して合成するため、グラフェン表面に酸素原子や水酸基あるいはカルボキシル基が付加して負に帯電しており、さらに平面からはずれた折れ曲がり構造をしている。そのため様々なカチオン性の物質と複合体を形成する。すなわち水素イオンやアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類などのイオンとハイブリッド化合物を形成させることができる。またカチオン性の機能性有機化合物や機能性金属錯体カチオンとのハイブリッド化では、磁性体や伝導体などとの複合化が可能である。これらの酸化グラフェン複合体は、酸化グラフェン水溶液にハイブリッド化させる物質の水溶液やアルコール溶液を加えるだけでハイブリッド化合物を形成することができ、容易にナノシートとして分散させることができる。酸化グラフェンハイブリッド化合物において、プロトン伝導性の向上と付加的な多機能性、例えば磁性や伝導性あるいは誘電性などをに基づいたハイブリッド燃料電池が開発できる。こうした酸化グラフェンの特性を活用し、グラフェン燃料電池の開発を行った。この際、酸化グラフェンの集合体のみで素子を構築できるのが本項目の特徴である。すなわち、酸化グラフェン集合体表面を光還元することでグラフェン電極を自発的に形成することができる。結果として、酸化グラフェンのプロトン伝導特性を燃料電池の電解質として用いて、電極としてグラフェンを用いることにより炭素材料だけで作り上げる燃料電池の開発が可能となる。また酸化グラフェンハイブリッド材料やグラフェンハイブリッド材料を用いることにより、それらの材料特性の向上や多機能性を目指した燃料電池の開発を行った。