酸化グラフェンのプロトン伝導

氧化石墨烯中的质子传导

基本信息

  • 批准号:
    15J01300
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2015-04-24 至 2017-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

安価に合成可能な酸化グラフェン(GO)は、その機能性の多さから燃料電池、スーパーキャパシタへの応用が期待されている。本課題では、電池材料の中でも重要な位置を占める電解質への応用を目指し、平成27年度はGOから高プロトン伝導体および電子/プロトン混合伝導体の開発に成功している。平成29年度の主な研究として、1)合成手法が異なったGOのプロトン伝導度の比較、2)球状炭素材料を用いた高プロトン伝導体の開発を行った。1)ではHummers法、Staudenmaier法、Brodie法で合成したGOの構造とプロトン伝導度を比較することで、構造とプロトン伝導度の関係を調べた。まずプロトン伝導度は、Hummers法>Staudenmaier法>Brodie法の順に大きくなることがわかった。構造分析により、酸素含有量がHummers法>Brodie法>Staudenmaier法の順で多くなる一方で、層間隔はHummers法>Staudenmaier法>Brodie法の順に大きくなることが確認された。このことからも、GOのプロトン伝導は層間隔が非常に重要であることが結論付けられた。2)では、球状構造を有する、高い耐熱性とプロトン伝導性を有した炭素材料を作製することに成功した。この材料はスクロースを原料とした球状の炭素材料をHummers法により酸化したもので、直径約1.5 umの球状構造を持っていた。また、表面にカルボキシル基が存在するため、GOと同等の高いプロトン伝導度を示し、さらに200 ℃で熱処理後も高い伝導度を保持していた。これまでのプロトン伝導体の多くは100 ℃以上の温度下では伝導度が著しく低下するため、この材料が高い熱安定性を有していることがわかる。通常燃料電池は、100 ℃以上の温度で用いられることが多いことからも、本材料は燃料電池の固体電解質としての応用が期待できる。
氧化石墨烯(GO)可以低成本合成,由于其多种功能,有望应用于燃料电池和超级电容器。在这个项目中,我们的目标是将GO应用于在电池材料中发挥重要作用的电解质,并于2015年成功开发了GO的高质子导体和混合电子/质子导体。 2017年的主要研究是1)不同合成方法的GO质子电导率比较,2)使用球形碳材料开发高质子导体。在1)中,我们通过比较Hummers法、Staudenmaier法和Brodie法合成的GO的结构和质子电导率,研究了结构和质子电导率之间的关系。首先,发现质子传导率按照Hummers法>Staudenmaier法>Brodie法的顺序增加。结构分析证实,氧含量增加的顺序为Hummers法>Brodie法>Staudenmaier法,而层间距增加的顺序为Hummers法>Staudenmaier法>Brodie法。由此得出结论,层间距对于 GO 中的质子传导非常重要。 2)我们成功创造了一种具有球形结构、高耐热性和质子传导性的碳材料。该材料是利用Hummers法氧化蔗糖制成的球形碳材料制成的,具有直径约为1.5微米的球形结构。此外,由于表面存在羧基,它表现出与GO相当的高质子电导率,并且即使在200℃热处理后也保持高电导率。许多传统质子导体的电导率在温度高于100℃时显着下降,表明这种材料具有很高的热稳定性。由于燃料电池通常在100℃或更高的温度下使用,因此该材料有望作为燃料电池中的固体电解质应用。

项目成果

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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Super proton/electron mixed conduction in graphene oxide hybrids by intercalating sulfate ions
通过插入硫酸根离子在氧化石墨烯杂化物中实现超质子/电子混合传导
  • DOI:
    10.1039/c5ta05653e
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    K. Hatakeyama; Md. S. Islam; M. Koinuma C. Ogata; T. Taniguchi; A. Funatsu; T. Kida; S. Hayami; Y. Matsumoto
  • 通讯作者:
    Y. Matsumoto
Interlayer Engineering for Enhanced Proton/Electron Mixed Conduction of Graphene Oxide using Sulfate Ions
使用硫酸根离子增强氧化石墨烯质子/电子混合传导的层间工程
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    畠山一翔;谷口貴章;鯉沼陸央;速水真也;松本泰道
  • 通讯作者:
    松本泰道
Thermally Stable Super Ionic Conductor from Carbon Sphere Oxide
由碳球氧化物制成的热稳定超离子导体
  • DOI:
    10.1002/asia.201600835
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. S. Islam; M. R. Karim; K. Hatakeyama; H. Takehira; R. Ohtani; M. Nakamura; M. Koinuma; S. Hayami
  • 通讯作者:
    S. Hayami
酸化グラフェン膜を通した銅イオン透過速度制御
通过氧化石墨烯膜控制铜离子渗透速率
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    畠山一翔;廣瀬恭典;鯉沼陸央;速水真也;松本泰道
  • 通讯作者:
    松本泰道
Effect of Interlayer Distance and Oxygen Content on Proton Conductivity of Graphite Oxide
层间距离和氧含量对氧化石墨质子电导率的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.6b06301
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    M. R. karim; M. S. Islam; K. Hatakeyama; M. Nakamura; R. Ohtani; M. Koinuma; S. Hayami
  • 通讯作者:
    S. Hayami
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畠山 一翔其他文献

Surface-modifications of graphene nano-plates via plasma in liquid
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    飯田 雅樹;後藤 拓;畠山 一翔;伊 藤 剛仁;清水 禎樹;伯田 幸也;寺嶋 和夫
  • 通讯作者:
    寺嶋 和夫
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  • 发表时间:
    2019
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    0
  • 作者:
    清水 禎樹;畠山 一翔;伯田 幸也
  • 通讯作者:
    伯田 幸也
A Simple Ozone Treatment for Oxidizing Carbon Materials using Barrier Discharge
使用阻挡放电氧化碳材料的简单臭氧处理
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    畠山 一翔;伯田 幸也;杉山 順一;清水 禎樹
  • 通讯作者:
    清水 禎樹
Decoration of ZnO film with gold nanoparticles in open air by atmospheric-pressure micro-plasma jet and the photocatalytic properties of the decorated film
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    清水 禎樹;畠山 一翔;伯田 幸也
  • 通讯作者:
    伯田 幸也
オール酸化グラフェン電気化学デバイスの作製とその評価
所有氧化石墨烯电化学装置的制造和评估
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    緒方 盟子;黒木 るり子;畠山 一翔;鯉沼 陸央;松本 泰道
  • 通讯作者:
    松本 泰道

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