研究成果のポイント

1. シリカナノ粒子を付着させたニッケルモリブデン卑金属多孔質合金の上にグラフェン（炭素の単原子シート）を蒸着することで、ナノサイズの穴の空いた3次元構造を持つグラフェンで覆われた卑金属電極の作製に世界で初めて成功しました。
2. この穴の空いたグラフェンに覆われた卑金属電極は、酸性電解液中でも腐食しにくく、かつ高い水素発生効率を有する水素発生電極として有用であることがわかりました。
3. これまで水素発生電極に用いられてきた白金などの貴金属に代わる、低コストな電極への展開が期待されます。

国立大学法人筑波大学数理物質系 伊藤良一准教授は、国立大学法人大阪大学 大戸達彦助教、国立大学法人東北大学 阿尻雅文教授らと協力して、シリカナノ粒子を付着させたニッケルモリブデン卑金属多孔質合金の上にグラフェンを蒸着することで、ナノサイズの穴の空いた3次元構造を持つグラフェンで覆われた、酸性電解液中で長時間溶けずに水の電気分解で運用できる水素発生電極を、世界で初めて開発しました。

このグラフェンのナノサイズの穴は、酸性条件下ですぐに溶解してしまう卑金属電極に対して、①酸性電解液と卑金属表面との過度の接触を防いで卑金属の溶出（腐食）を最小限に抑え、②酸性電解液と卑金属表面が直接接触できるナノサイズの化学反応場を与える、という二つの役割を持っています。

本研究で開発した卑金属合金電極は、従来の卑金属電極は酸性電解液で10分も経過せずに腐食してしまうのに対して、初期電流値を２週間以上維持しました。現在、次世代エネルギー源として注目される水素の、クリーンな製造プロセス（水の電気分解）において、電極に用いられている白金（1グラム当たり3800円程度）の使用量を減らすことが課題となっていますが、本電極は白金の100分の１のコストで合成できることから、大量生産への移行を視野に、低コストな電極への展開が期待されます。

本研究の成果は、2018年3月16日付「ACS Catalysis」で公開されました。

＊ 本研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構が助成する「戦略的創造研究推進事業?再生可能エネルギーからのエネルギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出（研究期間：平成27～30年度）」によって実施されました。

掲載論文
【題　名】 Cooperation between holey graphene and NiMo alloy for hydrogen evolution in acidic electrolyte 酸性電解液中での穴の空いたグラフェンとニッケルモリブデン合金の連携
【著者名】 Yoshikazu Ito, Tatsuhiko Ohto, Daisuke Hojo, Mitsuru Wakisaka, Yuki Nagata, Linghan Chen, Kailong Hu, Masahiko Izumi, Jun-ichi Fujita, Tadafumi Adschiri
【掲載誌】 ACS Catalysis (DOI: 10.1021/acscatal.7b04091)

穴の空いたグラフェンで被膜したニッケルモリブデン(NiMo)の作製概要図と水素発生のしくみ。シリカナノ粒子と酸化ニッケルモリブデン(NiMoO₄)ナノファイバーを混ぜて加熱還元し、連続的に化学気相蒸着法でグラフェンを成長させると、一部穴の開いたグラフェンに覆われているニッケルモリブデン表面が生成する。穴の空いた部分では水素イオン（硫酸水溶液）と表面が接触し水素が発生、穴の空いていない部分では硫酸水溶液との過剰な接触が防がれている。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

阿尻　雅文（あじり　ただふみ）
東北大学　材料科学高等研究所（WPI-AIMR）　教授
（兼）多元物質科学研究所、未来科学技術共同研究センター
E-mail：tadafumi.ajiri.b1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
Tel/Fax：022-217-6321/022-217-6321