フランクリン?キム 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS）助教、ジャンリ?ゾウ 同研究員の研究グループは、形状と細孔サイズを自在に変えることができる多孔性の3次元グラフェンナノシートとその簡便な合成方法の開発に成功しました。
本研究成果は、2014年10月16日10時（日本時間16日午後6時）に英国オンライン科学誌「Nature Communications」で公開される予定です。
研究者からのコメント
左からキム助教、魚谷信夫 iCeMS特任教授
本研究のポリイオンコンプレックスは、安価なグラファイトからつくられる酸化グラフェンと接着剤、インク、涂料、製纸、水処理などに大量に工业利用されている分岐タイプのポリエチレンイミンを原料としてつくることができるので、低コストで製造することができるメリットがあります。製造方法はシンプルで、酸化グラフェンの分散液と分岐ポリエチレンイミンの溶液を混ぜるだけです。生成したポリイオンコンプレックスは3次元の多孔性多层构造体であり、その细孔のサイズは自在に変えることができ、またその形状もフィルム状、块状と自由に成形することができます。热処理后はグラフェンと同等のシート抵抗を有しています。
このように従来の2次元多孔性グラフェンナノシートにない特長を有していることから、今後ますます重要になってくる、バッテリー、燃料電池、 キャパシターなどのエネルギーを貯蔵する材料として重要な役割を果たしていくものと考えられます。安価な原料、簡便な製法、制御できる細孔のサイズ、自由度の高い成形性、優れた電気特性をもつ新しい3次元多孔性グラフェンナノシートは、今後情報化社会に大きなインパクトを与えるものと期待されます。
概要
情报化社会の発展に伴って、携帯端末、ウエアラブルデバイスなど小型の机器が普及し始めています。机器が小型になるのにともなって体积当たりのエネルギーの量や出力の大きいものが求められています。グラフェンはバッテリー、燃料电池、キャパシターなどのエネルギーを贮蔵する材料として注目されており、现在电极材料として一部で使用されていますが、表面积の小さい2次元シートのためにその使用范囲が制限されています。
また、これまでに気相で成长させる方法（颁痴顿）や酸化グラフェンを溶液に分散させてから涂布する方法などいくつかのつくり方が提案されてきましたが、いずれの方法も用途に応じた形状にしたり、细孔のサイズを変えたりすることが容易ではなく、また2次元であるために表面积の大きいシートをつくることが困难でした。
今回の研究では、阴イオンをもつ酸化グラフェンと阳イオンをもつポリエチレンイミンというポリマーが电気的に引き合って、ポリイオンコンプレックスという复合体を形成する性质を利用しました。その复合体のなかで、阳イオンをもつポリエチレンイミンが阴イオンをもつ酸化グラフェンに拡散しながら、多孔性の酸化グラフェン积层膜をつくるという全く新しい方法を见出しました。この现象を利用して、シート状や块状などさまざまな形状の3次元多孔性グラフェンナノシートの合成に成功しました。
本成果により、これまで不可能であった任意の形状をもつ积层膜や细孔サイズを自由に変えることができる3次元シートをつくることができるようになりました。さらに热処理により高い电気伝导性が発现されました。本来多孔性グラフェンナノシートがもつ电気特性、柔软性や机械的强度を生かし、电気二重层キャパシターやリチウムイオン电池の阴极、吸着材、センサーなどへの応用により、社会に大きなインパクトを与えることが期待されます。
図：骋翱と产-笔贰滨によって形成された多层构造体の细孔
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
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Jianli Zou & Franklin Kim
"Diffusion driven layer-by-layer assembly of graphene oxide nanosheets into porous three-dimensional macrostructures"
Nature Communications 5: 5254 Published 16 Oct 2014
掲载情报
- 日刊工業新聞（10月17日 19面）および読売新聞（12月1日 15面）に掲載されました。
