東北大、貴金属触媒を使わないグラフェンの水素発生電極を開発

東北大学は12月9日、3次元構造を持つグラフェンによる高性能な水素発生電極を開発したと発表した。

同成果は、同大 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の伊藤良一助教、陳明偉教授らによるもの。詳細は、ドイツの科学雑誌「Angewandte Chemie International Edition」に近日中に掲載される。

水素はクリーンなエネルギー媒体として期待され、製造、輸送および貯蔵のそれぞれの面から技術開発が進められている。その中で、水素ステーションなどで水素を"その場発生"させて供給する方法に注目が集まっているが、そのための水の電気分解法にはエネルギー利用効率の向上や電極の小型化などの課題がある。また、水素発生用電極材料としては、白金が最も優れているが、コストが高いことから白金に変わるニッケルなどの代替材料の開発が望まれている。

研究グループは、平板電極と比べて単位触媒体積あたりの表面積を500倍程度まで増大させ、かつ、窒素と硫黄を少量添加した3次元ナノ多孔質グラフェンの作製に成功し、その電極特性を測定した結果、水素発生電極として機能することを見出した。さらに、この電極は現在白金代替金属として期待されているニッケルと同等の電気エネルギーで水素を発生することが分かったという。

今回の成果は、貴金属を含めた金属元素を含まない3次元ナノ多孔質グラフェン電極の有効性を示したものである他、その多孔性構造から大きな表面積を持つため、電極および装置の小型化につながる可能性を示唆するものであり、今後の水素利用促進に貢献することが期待されるとコメントしている。

(左)3次元ナノ多孔質グラフェンの模型、(右)チューブの外部と内部で水素が生成される様子。赤が硫黄原子、緑が窒素原子



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