炭素原子一層のグラフェンに高い水素発生能力を付与―貴金属触媒を用いずに安価に水素製造可能に：東北大学/筑波大学ほか
(2019年4月4日発表)
東北大学、筑波大学、大阪大学などの6大学・研究機関から成る共同研究グループは4月4日、炭素原子一層のシート状物質グラフェンに、高い水素発生能力を持たせることに成功したと発表した。水の電気分解による水素生成に用いられている白金電極触媒に迫る性能が得られたという。貴金属を用いずに安価に水素を発生させる水素社会向けの基盤技術として期待できるとしている。
グラフェンは炭素原子がハチの巣状の六角形に並び、それが原子一層のシートになっている炭素材料。
このグラフェンのエッジ部には数学的な観点から特異な構造の存在が認められており、研究グループは今回このエッジ構造を利用してここに窒素（N）やリン（P）の非金属元素を添加（ドーピング）し、高い電気化学反応性を導き出した。
具体的には、まず基板の上にナノ粒子を分散させ、CVD法（化学気相成長法）でグラフェンを基板面上に成長させた。ナノ粒子のあるところにはグラフェンは形成されないので、粒子の置かれていた所とそうでない所の境界領域にエッジができる。ここに化学的な方法で窒素やリンを、いろいろな比率で添加した。
できた試料の水素発生能力を電気化学的に評価したところ、窒素とリンがともに化学添加されたグラフェンのエッジ構造部分は、白金に迫る高い水素発生反応性を示すことが分かった。
グラフェンのエッジ構造は幾何学的不安定性が高いことから化学元素種を添加することでエッジ構造の安定化が図られるとともに、化学元素種が多く添加されたエッジ構造は白金に迫る電極性能を示すことが世界で初めて明らかになったという。
今回の研究成果は、貴金属を使わない安価な材料のみで構成された電極であっても、高効率に水素製造が可能であることを示すもので、水素社会構築への貢献が期待されるとしている。
