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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，我们将开发一种使用二维薄膜作为电极材料的固体聚合物电化学电池的氘浓缩和分离装置。除了发展使用二维薄膜的氢同位素分离理论外，我们还旨在获得在室温常压下生产氘的低成本方法的知识。今年，基于去年获得的知识，我们使用石墨烯以外的二维薄膜材料构建了异质电极结构，并验证了同位素分离能力是否是由量子隧道效应引起的。通过氢泵法从阴极排出的氢同位素气体通过质量气体分析进行评价，并计算分离能力。对于二维薄膜，使用具有与石墨烯相同的六元环结构但具有不同元素的氮化硼。评估分离能力对施加电压的依赖性的结果发现，当电压低时选择性高，并且随着电压升高分离能力降低，这与使用石墨烯时获得的结果相似。由此结果得出结论，单原子层二维薄膜材料的氢同位素分离能力是由于量子隧道效应。我们还利用低能离子辐照装置将孔隙结构引入二次薄膜的技术，验证了孔隙结构对氢同位素分离能力的影响。结果，与引入孔结构之前一样观察到依赖于施加电压的同位素分离能力，但在观察到的电流或电压中没有观察到大的差异。明年，我们将引入更多的孔隙结构，并使用掺杂不同元素的二维薄膜材料来研究孔隙和掺杂结构对同位素分离性能的影响。如上所述，我们已经证明二维薄膜的氢同位素分离能力是由于量子隧道效应。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

原子一個分の厚さの「グラフェン」を活用し、重水素の新たな精製技術を実証

使用一原子厚度的“石墨烯”展示新型氘提纯技术

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

水素同位体濃縮装置

氢同位素浓缩器

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Hydrogen Isotope Separation by Tunneling Effect used Graphene-based Heterogeneous Electrocatalysts in Electrochemical Hydrogen Pumping

电化学抽氢中石墨烯基多相电催化剂通过隧道效应分离氢同位素

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yasuda Satoshi; Matsushima Hisayoshi; Terasawa Tomo
通讯作者：
Terasawa Tomo

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

使用尖端增强拉曼光谱沿着石墨烯皱纹探测应变和掺杂

DOI：
10.1021/acs.jpcc.2c08529
发表时间：
2023-03-15
期刊：
The Journal of Physical Chemistry C
影响因子：
0
作者：
Maria Vanessa Balois;N. Hayazawa;Satoshi Yasuda;K. Ikeda;Tien Quang Nguyen;M. C. Escaño;Takuo Tanaka
通讯作者：
Takuo Tanaka

Electrochemically Driven Specific Alkaline Metal Cation Adsorption on a Graphene Interface

石墨烯界面上电化学驱动的特定碱金属阳离子吸附

DOI：
10.1021/acs.jpcc.1c03322
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3.7
作者：
Yasuda Satoshi; Tamura Kazuhisa; Kato Masaru; Asaoka Hidehito Yagi Ichizo 125
通讯作者：
Asaoka Hidehito Yagi Ichizo 125