JP2018529506A - グラフェン膜 - Google Patents
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Abstract
Description
2次元材料のモノレイヤと、
2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体とを具えるプロトン伝導膜が提供される。
2次元材料のモノレイヤと、
2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体とを具えるデューテロン伝導膜が提供される。
2次元材料のモノレイヤを設ける工程と、
2次元材料の少なくとも片面をイオノマーで被覆して該イオノマーの片面が2次元材料と接触し、他方の面が露出するようにする工程、またはイオノマーおよび非伝導性構成成分を含む材料の層を2次元材料の片面に塗布する工程のいずれかと、
必要に応じて、少なくとも1つのイオノマー被膜の露出面に接して基体を設ける工程とを備える。
2次元材料のモノレイヤを設ける工程と、
2次元材料の少なくとも片面をイオノマーで被覆して該イオノマーの片面が2次元材料と接触し、他方の面が露出するようにする工程、またはイオノマーおよび非導電性構成成分を含む材料の層を2次元材料の片面に塗布する工程のいずれかと、
必要に応じて、少なくとも1つのイオノマー被膜の露出面に接して基体を設ける工程とを備える。
2次元材料のモノレイヤであって、除去可能な層の片面に配置され、該層の不連続部に位置関係を合わせたモノレイヤと、
除去可能な層の他方の面に設けられたエッチング可能な基体とを具える、プロトン伝導膜および/またはデューテロン伝導膜の生成に適した集合体が提供される。
除去可能な基体であって、その2表面がそれぞれ不連続の除去可能な層に覆われた、基体と、
2次元材料のモノレイヤであって、除去可能な層のうちの1つの上に配置され、その層およびその下に位置する基体の不連続部に位置関係を合わせたモノレイヤと、
基体の各面に設けられたイオノマー被膜と、
各イオノマー被膜と接する電極とを具え、
各電極をそれぞれの下に位置する除去可能な層および2次元材料から離隔させるよう、除去可能な層のそれぞれおよび2次元材料がそれぞれのイオノマー被膜に覆われた、プロトン/デューテロン伝導デバイスを設ける。
エッチング可能な基体を含み、2面がそれぞれ除去可能な層で覆われた集合体の1面を部分的にマスキングして、いずれかの除去可能な層の少なくとも一部を露出させたままとするマスキング工程と、
下に位置する基体が露出された領域に現れるパターンを形成するために、マスキングされた表面に光線またはプラズマを照射する工程と、
マスクを除去する工程と、
パターンに対応する領域から基体をエッチングする工程と、
他方の除去可能な層の表面に不連続部を導入する工程とを備える。
周期表の第8〜10族から選択された1つまたは複数の遷移金属から形成された不連続膜で装飾された、グラフェンおよびhBNから選択された2次元材料のモノレイヤまたはグラフェン、hBN、MoS2およびWS2から選択された2次元材料のモノレイヤを不連続部が導入された除去可能な層上に不連続部に位置関係を合わせて設ける工程と、
除去可能な層を担持する基体の両面のそれぞれをイオノマーで被覆する工程と、
各イオノマー層と接する電極を設ける工程とが行われる。
a)本発明による膜を設ける工程と、
b)前記膜の第1の面に接し、水素含有分子、二重水素含有分子、および三重水素含有分子の2種以上の混合物を含む、初期溶液を設ける工程と、
c)前記膜の第2の面と流体連通する容器を設ける工程と、
d)前記第1の面と前記第2の面の間に電位差を与える工程と、
j) 水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率が前記初期溶液と異なる物質を前記膜の前記第2の面から回収する工程と、を備える方法を提供する。
a) 2次元材料のモノリスと、
前記2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体と、を具える膜を設ける工程と、
b)前記膜の第1の面に接し、水素含有分子、二重水素含有分子、および三重水素含有分子の2種以上の混合物を含む、第1の物質の初期サンプルを設ける工程と、
c)前記膜の第2の面と流体連通する容器を設ける工程と、
d)前記第1の面と前記第2の面の間に電位差を与える工程と、
e)水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率が前記第1の物質の前記初期サンプルと異なる第2の物質を前記膜の前記第2の面から回収する工程および/または水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率が前記第1の物質の前記初期サンプルと異なる前記第1の物質の製品サンプルを前記膜の前記第1の面から回収する工程と、を備える方法を提供し得る。
2次元材料のモノリスと、
前記2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体とを具える膜である、使用法を提供する。
i)モノリシック2次元材料の層を、犠牲担体上に、前記モノリシック2次元材料の第1の面が前記犠牲担体に接するよう設ける工程と、
ii)前記モノリシック2次元材料の第2の面をイオノマー膜で、該イオノマー膜の第1の面が前記モノリシック2次元材料の前記第2の面に接するように被覆する工程と、
iii)導電性基板を前記イオノマー膜の前記第2の面に接触させる工程と、
iv)前記イオノマー膜が前記モノリシック2次元材料と前記導電性基板に挟まれるよう、前記犠牲担体を除去する工程と備える、方法。
式中、x=5、y=1000、z=3(Nafionの場合)である。同様の適切な材料は、Schultz et al, Chemical engineering and technology, 24(12), p1223-1233 (2001)に記載されており、同論文の開示内容を、特に適切な伝導ポリマーに関連して本明細書に組み込む。
式中、x=6、y=1、z=1(Nafionの場合)、x=3−10、y=0.1、z=0−3(AGCのFlemion:フレミオン(登録商標)の場合)、またはx=2〜14、y=0.3、z=1〜2(Aciplex−S:アシプレックス(登録商標)の場合)である。この場合もまた、同様の適切な材料は、T.S Zhao, Micro fuel cells, principles and applications, p10 (2009)に記載されており、同論文の開示内容を、特に適切な伝導ポリマーに関連して本明細書に組み込む。
図1aの左の挿入図に示されるように、2次元結晶は、2つのNafion空間の間の原子レベルで薄い障壁として効果的に機能する。電気測定では、試料を湿度100%の水素−アルゴン雰囲気中に配置して、Nafion膜の高伝導率を確保した。グラフェン、hBNおよびMoS2のモノレイヤを組み入れたデバイスについて測定されたI−V特性を図1aに示す。この挙動は、図1bの多数の異なる膜についての統計結果に示されるように、非常に再現性が高い。測定されたプロトン流IはバイアスVに対し直線的に変動し、コンダクタンスS=l/Vは膜面積Aに比例することが分かる(図6〜8参照)。同じ方法で用意されるが、2次元膜を具えない(『低密度空孔(空孔がほとんど存在しない)』)デバイスでは、モノレイヤhBNが存在する場合よりもSが約50倍高かった(図6)。これにより、測定された面伝導率σ=S/Aが2次元結晶の影響を受け、Nafionが相対的に小さい直列抵抗のみを生じることが確実になる。厚い障壁(例えば、Nafion空間の間に蒸着された数nm厚のグラファイトまたは厚い金属膜または誘電体膜)の逆の限界では、高湿度でのSiNx表面に沿ったリーク電流に由来する可能性のある約10pSの寄生並列コンダクタンスが見られる。この精度では、モノレイヤMoS2、2層グラフェン、4層hBNまたはより厚い2次元結晶を通るプロトン流を検出することはできなかった。
図4は微細加工工程を説明する。まず、両面が500nmのSiNxで被覆された市販のSiウェハから自立窒化ケイ素(SiNx)膜を用意する。エッチングマスクをフォトリソグラフィにより作製する。SiNx層の1つから1×1mm2の部分を反応性イオンエッチング(RIE)を用いて除去する(図4の工程1および2)。下に位置するSiウェハは、ウェハをKOH溶液に暴露することによってSiをエッチング除去して典型的にサイズ300×300μm2の自立SiNx膜を残す湿式化学によってエッチング除去される(工程3)。工程4の間、工程1および2と同じ手順を用いたRIEによって、SiNx膜に貫通する円形の穴を設ける。次に、2次元結晶(グラフェン、hBNまたはMoS2)を標準的な微細(micro)機械的剥離法により生成し、湿式または乾式のいずれかの技術を用いて膜上に転写してSiNxの開口を被覆する(工程5)。
上述のデバイスを、フォーミングガス(アルゴン中10%H2)が充填され、100%相対湿度を得るよう液体水を含むチャンバ内に配置した。I−V曲線をDC測定を用いて記録した。最大0.5V/minの掃引速度で、典型的に1Vまでの範囲で電圧を変化させた。これらの条件下で、曲線はヒステリシスがなく、再現性が高かった。デバイスは乾燥させなければ、何週間にもわたり安定した状態を保った。
SEMでの膜の目視検査により、10nm未満までのサイズの空孔およびクラックを確実に排除することができる(図5b参照)。SEMを用いて検査された本発明の2次元プロトン伝導体では、これらの種類の欠陥のいずれも観察されなかった。図5bに示すような時折生じるクラックは、故意に導入されるか、処理工程中に重大な失敗を犯した場合のみに観察され得る。
本発明の2次元プロトン伝導体を通る電流がプロトンにより運ばれることを端的に示すために、図10aに詳しく示された装置を用いた。グラフェン内を移動するプロトンは、それらが再結合して水素分子を形成する(2H++2e−→H2)Pt触媒層で捕集される。その後、水素流を、質量分析器で測定する。電流Iは、グラフェン膜を通過するプロトンの数によって決まるため、水素流Fは通過電流Iに直接関係する。
異なる2次元結晶により生じる電子雲を考慮することにより本実験結果を理解することが可能である。これらの電子雲は、2次元膜を通るプロトンの通過を妨げる。図1bのグラフェンおよびhBNのモノレイヤについての電子密度のグラフに加え、図11は、グラフェンおよびhBNの結晶格子のボールアンドスティックモデルを用いて、C、BおよびNの原子と重畳する位置におけるこれらの雲についての同様のグラフを示す。さらに図11は、モノレイヤMoS2についての電子密度をグラフ化している。後者の雲がhBNおよびグラフェンのモノレイヤの雲よりも大幅に密度が高いことが一目瞭然であり、これはMoS2モノレイヤを通るプロトン輸送がないことを示している。
本研究では、安定性および扱いの利便性によりNafionを材料として選択したが、本研究の結果の一般性を示すために、水溶液に浸漬させた2次元結晶のプロトン伝導率について調査した。これによっても、本発明のデバイスが、ある種の燃料電池および電気化学セルにみられるような液体環境でも動作することが示された。
次に、2次元結晶を通した水素同位体のふるい分けの可能性について検討する。ここでは、グラフェンおよびモノレイヤ窒化ホウ素からなる膜を用いて水素同位体を分離することができることを説明する。電気測定および質量分析法を用い、デューテロンがこれらの結晶にプロトンよりも大幅に遅く浸透することを発見した。同位体効果は、膜の通過が熱活性化されたヒドロンの初期状態を示す、O−H結合とO−D結合の間のおよそ60meVの零点エネルギーの差によりもたらされる。常温で同位体分離係数>10であることが発見されたことは、プロトン輸送メカニズムへの洞察をもたらすとともに、優位性および適応性のある水素濃縮の方法をもたらす。
F=kBT(I/2e)
式中eは電気素量である。この式はグラフェンを通る各ヒドロン移動により電子が外部電気回路を通って流れることを意味する。グラフェンの代わりに多孔性炭素布を用いた本実施例の参照デバイスが、これに該当することが実証された(図21)。入力側で100%デューテロンでは、やはりD2のみを出力側で検出することができた。しかし、D2流は上の式で予想されるよりも約10倍小さかった(図16A)。極めて重大なことは、多孔性炭素で代替した場合には上記の質量−電荷の関係が完全に得られたため、D2流が1/10に低下したことはグラフェンの存在のみに起因し得るということである(図16Aの挿入図)。これらの観察結果は、本実施例の導電率測定と定性的に一致し、グラフェン膜が多孔性炭素と異なり、プロトンおよびデューテロンの存在に異なる反応を示すことを示す。デューテロンの場合に式が成立しなかったのは、高い比率(およそ90%)のデューテロンがグラフェンを通過せずに入力側でD2になったことによるものと考える。これは、Nafionとグラフェン膜の間にマイクロバブルが発生することによりはっきりと実証された(図22)。
500nm厚の窒化シリコン膜にエッチング形成した開口上に、機械的に剥離した2次元結晶を懸架して、電気測定を用いてヒドロン輸送を分析するためのデバイスを作製した。グラファイトおよびhBNの結晶を、それぞれNGS Naturgraphit社およびHQ graphene社から購入した。電気測定の高い感度により、比較的小さい空孔(直径2μm〜10μm)を用いることができ、これにより、グラフェンのみならずモノレイヤhBNおよび2層hBNの分析が可能となった。これは、入手可能なhBN結晶は、グラフェンで得られるのと同等のサイズのモノレイヤに劈開することができないためである。懸架されたグラフェンおよびhBN膜の両面を薄いNafion層で被覆し、PdHxまたはPdDxのいずれかの電極をNafionに機械的に付着させた(図18参照)。このようなヒドロン輸送デバイスの作製のさらなる詳細についてはHu, S et al; Nature 516, 227-230, 2014を参照する。
水分子に付着したプロトンの振動モードは、赤外分光分析を用いて広く研究されてきた。この技術を用いて、D2Oに長期にわたって晒されたD−Nafion膜中に残存するO−H結合の月単位の量を評価した。このために、Nafion溶液をフッ化カドミウム窓上にドロップキャストして、薄膜(約1μm厚)を形成した。その後、Nafion膜が100%H2+H2Oまたは100%D2+D2Oの雰囲気のいずれかに曝露される環境チャンバにこれらの窓を組み込んだ。測定は、Bruker Vertex 80 FTIR赤外分光計を用いて行い、図19は得られたスペクトルの例を示す。
さらに、Pt活性化グラフェンおよびモノレイヤhBNの導電率を分析した。膜を作製するために、それらの上にPtの非連続層を蒸着することによりPtナノ粒子を成膜した(名目上2nm)。図20はこのようにして作製されたhBN膜でのI−V反応の例を示す。非修飾2次元結晶と同様、面積導電率σに10倍の増加が観察された。二分子層hBNおよびモノレイヤグラフェンについても同様の結果が得られた(簡潔にするためにここでは図示しない)。
本実施例の質量分析実験で用いたグラフェンデバイスは、図21に示される。これらのデバイスも、機械的に剥離したグラフェンのモノレイヤを、窒化シリコン膜にエッチング形成された開口に懸架することにより作製した(図21A)。開口は直径10μm〜50μmであった。質量分析検出に十分なプロトン/デューテロン流を実現するために、上述のように、Ptでグラフェンを結晶的に活性化したが、これにより、ヒドロン透過の障壁が大幅に低下した。Pt層で、本実施例の質量分析器(Inficon UL200)に対面する、グラフェン膜の出力(真空)面を覆った。その反対の(入力)面はNafion膜(5%溶液、1100EW)で被覆し、その後アセンブリを高湿の雰囲気中、130℃でアニールして、より良好なヒドロンコンダクタンスのためにポリマーを架橋した。微細加工方法のさらなる詳細については、Hu, S et al, Nature 516, 227-230, 2014を参照する。なお、測定はNafion層を用いずに行うこともできる。ただし、Nafion層を用いることにより、本実施例のデバイスの信頼性が機械的支持によって大幅に改善された(そうでない場合、原子レベルの薄さの膜は入力チャンバと真空の1barの差圧を受けた)。対照デバイスとして、グラフェンを、本文中では多孔性炭素と称されるPtナノ粒子を含む炭素布(FuelCellsEtcから購入)とした同じアセンブリを用いた(図21A)。
二重水素の存在下では質量と電荷の相関性が崩れることが分かった。上述のように、[100%d]では、検出されたガス流は、Iの測定値から推測されるよりも1桁少なかった。この相違は、グラフェン膜の入力側におけるデューテロンの二重水素原子への変換によるものであると考える。このプロセスにより、大電流を加えた場合に容易に観察された気泡が発生した(図22Aおよび22B参照)。プロトン移動では、同様の泡は、連続的な金属(PtまたはAu)層がグラフェン膜の出力面を覆った場合にのみ従来報告されていた。本研究の非連続的なPt層を用いた[100%h]電解質では気泡は観察されなかった。水素と二重水素のこのような大きな差の原因は完全に把握されたわけではないが、観察されたデューテロンでの透過速度が10倍遅かったことにより、デューテロンが気体のD2に変換され得る、グラフェン膜の入力側でより多くの時間がかかったことに注目されたい。小電流では、微細な気泡の成長は、気泡の崩壊により補償される可能性が高い。しかしながら、大きな気泡が発生すると、Nafion膜の機械的な脱離が生じ、これは一旦開始すると、不可逆のプロセスである。
図23は、(A)異なる[h]:[d]電解質の同じデバイスおよび(B)同じ[h]:[d]入力で異なるデバイスを用いた本実施例の測定を示す。結果は再現性が高いことが分かる一方、データの分散により、本実施例のマスフロー実験における系統誤差を判断することができる。重要なことは、測定がグラフェンとNafionの界面の気泡の影響をわずかに受けたことである。気泡の発生はランダムなプロセスであるため、これは幾分直感に反するものである。この一見矛盾に思える現象を理解するためには、このような気泡が、ヒドロンが移動可能な実効面積を減少させる一方、面積とは無関係である流れと電流の関係には影響を及ぼさないということを認識する必要がある。実際、Nafionがグラフェン膜から脱離した領域は不活性となり、電荷およびマスフローの両方が、脱離面積に比例して減少した。2次元膜の残りの部分は元の流れと電流の特性を保持することが予想される。
図24は、グラフェン膜の代わりに多孔性電極(炭素布)を用いた場合、プロトンとデューテロンの透過速度には差を検出することができなかったことを示している。しかし、原理的には、二重水素に対するプロチウムの生成の有限差分は、障壁を通る透過が等しい場合にも生じるということは言及に値する。これは、電極における異なるヒドロンに対しガス発生速度が異なることによる可能性がある。本実験でこのような差が検出されなかったことは不思議ではない。まず、Nafionなどのポリマー電解質を用いた電気分解について報告されている同位体効果は小さく、最適条件下であっても分離係数α≒3を示す。このようなαは、図24Bのエラーバーにおける出力[H]比率の差を生じ得る。次に、電気分解は印加電圧および電流密度の影響を受けやすく、上記の中程度の分離係数を得るためには、電極の微調整および掃除が必要である。本実験では、電極の特殊な調整は必要でなく、異なるデバイスおよび実験実行結果では電流および電圧が大幅に異なる可能性があった。本発明のグラフェン膜は、約10の大きな分離係数をもたらすことができる。
本願で開示するプロトン/デューテロン伝導膜は、プロトンおよびデューテロンからのトリトンの分離にも使用されることが期待される。プロトンとデューテロンの透過性の差は、それらの零点エネルギーの差によって、2次元結晶により生じる有効な透過障壁がプロトンでは200meV、デューテロンでは140meVと異なる量で低下するために生じる。前述のように、Nafionではこの零点エネルギーは酸素−水素結合および酸素−二重水素結合に由来し、これらの結合はそれぞれ200meVおよび140meVのエネルギーを有している。酸素−三重水素結合の等価結合のエネルギーは118meVである。3種の同位体は質量のみが異なるため、同じメカニズムが3種の同位体の透過を支配することは確実視できる。そのため、上記の結果の外挿により、この膜が、それぞれ30および3のプロトン−トリトン分離係数およびデューテロン−トリトン分離係数をもたらすことが示唆される。
水素同位体は様々な分析および記録の技術に重要であり、重水は原子力発電所で大量に使用されている。したがって、水素同位体を分離するために多くの方法が開発されている。これらの方法として、液体H2O蒸留(α≒1.05)、電気分解(α≒2〜10)、アンモニア−水素交換(α≒3〜6)、液体H2蒸留(α≒1.5)、水−水素交換(α≒2.8〜6)、アミノメタン−水素交換(α≒3.5〜7)、水−硫化水素交換1.8〜3)、および多光子レーザ分離(α>20,000)が挙げられる。非現実的と考えられる多光子レーザ分離を除き、これらの方法のすべては、工業スケールの重水生成に用いられ、または用いられてきた。本発明のグラフェンおよびhBNの膜は、非常に優位性の高い分離係数であるα≒10をもたらす。これは、根本的に単純で高強度のふるい分け機構、簡潔になり得る構成、および化学化合物を使用せずに水のみが入力面に必要であることに加えてである。同様の考察は三重水素の分離および重水からの除去にも当てはまる。プロトン−トリトンエネルギーシフトΔE≒88meVを用いることにより、プロチウム−三重水素分離および二重水素−三重水素分離のそれぞれで、α≒30およびα≒3が得られる。
[3.1]1cmスケールのデバイス
cmサイズの質量輸送デバイスを作製するために、銅(BGT Materialsから購入)にCVDグラフェンを成長させた。銅はくの片面をPMMAの薄い層で被覆し、他方の面を酸素プラズマ中でエッチングして、この面からグラフェンを除去した。その後、標準過硫酸アンモニウム水溶液を用いて銅をエッチングした。残存したグラフェン−PMMA膜を脱イオン水中で完全に洗浄し、FuelCellsEtcから購入したNafion1110膜に移載した。アセンブリを130℃、高湿雰囲気で焼成し、ゴムシート内のcmサイズの空孔上にエポキシで接着した(デバイス構成の模式図および光学写真を示す図25Aおよび25B参照)。このゴムシートは液体セルと真空チャンバを隔てるガスケットの役割も果たした。次に、溶媒が反対側のNafion膜に接触しないように注意して、PMMAをアセトン/ヘキサンに熔解した。最終アセンブリでは、CVDグラフェンはNafionの上に明確に視認できる。高倍率光学顕微鏡での調査により、膜面積のおよそ1%を占めるわずかな折り目およびクラックが明らかになった。移載されたCVDグラフェンの典型的なシート抵抗はわずかおよそ1kΩであり、ここでも優れた移動を示した。最後に、デバイスを上述のようにPtナノ粒子で修飾し、銀エポキシを用いて電気的に接続した。このCVDデバイスを上記と同じ方法で測定した。
パイロットスケールデバイスを、PMMAを必要としない作製手順を用いて開発した。そのために、(銅上に成長させた)1インチのCVDグラフェンをNafion溶液(5%当量)でスピンコートした。次に、異なる厚さのペルフルオロ化Nafion膜(N212、N117、およびN1110)を、炭素布電極(VULCANにPtを担持したに触媒20%で含浸した)とスピンコートしたCVDグラフェンの間でホットプレス(133℃)した。最後に、得られた構造を過硫酸アンモニウム水溶液中に配置して銅をエッチング除去し、その後DI水で洗浄した(図27参照)。この段階で、グラフェンをNafion膜に付着させ、SEMで光学的に調べることができる(図27参照)。重要なことは、本実施例の場合では平方当たり10kΩ程度である膜の抵抗率により被覆率を検証することができるということであり、本実施例で光学的に検証されたCVDの被覆率>95%を裏付ける。
Claims (30)
- 水素含有分子、二重水素含有分子、および三重水素含有分子の2種以上の混合物を含む物質中の、水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率を変更する方法であって、
f)2次元材料のモノリスと、
前記2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体と、を具える膜を設ける工程と、
g)前記膜の第1の面に接し、水素含有分子、二重水素含有分子、および三重水素含有分子の2種以上の混合物を含む、第1の物質の初期サンプルを設ける工程と、
h)前記膜の第2の面と流体連通する容器を設ける工程と、
i)前記第1の面と前記第2の面の間に電位差を与える工程と、
j)水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率が前記第1の物質の前記初期サンプルと異なる第2の物質を前記膜の前記第2の面から回収する工程および/または水素、二重水素、および三重水素の2種以上の相対比率が前記第1の物質の前記初期サンプルと異なる前記第1の物質の製品サンプルを前記膜の前記第1の面から回収する工程と、を備える方法。 - 前記方法が、一方で三重水素含有化合物の混合物を含む物質中の三重水素の量を、他方で水素含有化合物および/または二重水素含有化合物の量を減少させる方法であり、前記膜の前記第2の面から回収された前記物質が、前記第1の物質の前記初期サンプルよりも比例的に少ない三重水素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、一方で三重水素含有化合物の混合物を含む物質中の三重水素の量を、他方で水素含有化合物および/または二重水素含有化合物の量を増加させる方法であり、前記膜の前記第1の面から回収された前記製品サンプルの前記第1の物質が、前記第1の物質の前記初期サンプルよりも比例的に多い三重水素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記イオノマーがプロトン伝導ポリマーである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリマーがスルホン化ポリマー、好ましくはNafionである、請求項4に記載の方法。
- 前記2次元材料がグラフェンである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記2次元材料がhBNである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記2次元材料のモノリスがモノレイヤの厚さである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記2次元材料のモノリスが2〜5層の厚さである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記2次元材料が触媒金属を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の物質が溶液中に存在する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 水素、二重水素、および三重水素のうち2種以上の同位体を含む混合物中の、水素、二重水素、および三重水素の1つまたは複数の相対量を変更するための膜の使用法であって、該膜が、
2次元材料のモノリスと、
前記2次元材料の少なくとも片面に設けられたイオノマー被膜と、
必要に応じて基体とを具える膜である、使用法。 - 前記膜が、一方で三重水素含有化合物の混合物を含む物質中の三重水素の量を、他方で水素含有化合物および/または二重水素含有化合物の量を減少させるために使用される、請求項12に記載の使用法。
- 前記膜が、一方で三重水素含有化合物の混合物を含む物質中の三重水素の量を、他方で水素含有化合物および/または二重水素含有化合物の量を増加させるために使用される、請求項12に記載の使用法。
- 前記イオノマーがプロトン伝導ポリマーである、請求項12〜14のいずれか一項に記載の使用法。
- 前記ポリマーがスルホン化ポリマー、好ましくはNafionである、請求項15に記載の使用法。
- 前記2次元材料がグラフェンである、請求項12〜16のいずれか一項に記載の使用法。
- 前記2次元材料がhBNである、請求項12〜16のいずれか一項に記載の使用法。
- 前記2次元材料のモノリスがモノレイヤの厚さである、請求項12〜18のいずれか一項に記載の使用法。
- 前記2次元材料のモノリスが2〜5層の厚さである、請求項12〜18のいずれか一項に記載の使用法。
- 前記2次元材料が触媒金属を含む、請求項11〜19のいずれか一項に記載の使用法。
- プロトン伝導膜、デューテロン伝導膜および/またはトリトン伝導膜の作製方法であって、
i)モノリシック2次元材料の層を、犠牲担体上に、前記モノリシック2次元材料の第1の面が前記犠牲担体に接するよう設ける工程と、
ii)前記モノリシック2次元材料の第2の面をイオノマー膜で、該イオノマー膜の第1の面が前記モノリシック2次元材料の前記第2の面に接するように被覆する工程と、
iii)導電性基板を前記イオノマー膜の前記第2の面に接触させる工程と、
iv)前記イオノマー膜が前記モノリシック2次元材料と前記導電性基板に挟まれるよう、前記犠牲担体を除去する工程と備える、方法。 - 前記工程iii)の接触させる工程において、前記導電性基板を前記イオノマー膜の前記第2の面にホットプレスする、請求項22に記載の方法。
- 前記工程iii)において、さらに、前記第2のイオノマー膜が前記第1のイオノマー膜と前記導電性基板に挟まれるよう、前記導電性基板と前記第1のイオノマー膜の間に第2のイオノマー膜を配置またはプレスする、請求項22または23に記載の方法。
- 前記モノリシック2次元材料が2次元材料のモノレイヤまたは2〜5層の形態である、請求項22〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1および/または第2のイオノマー膜がプロトン伝導ポリマーである、請求項22〜25のいずれか一項に記載の方法。
- 前記各イオノマー膜がスルホン化ポリマー、好ましくはNafionまたはペルフルオロ化Nafionである、請求項26に記載の方法。
- エッチングによる前記犠牲担体の除去後に、さらに、触媒金属の層を前記モノリシック2次元材料の露出面に成膜する、請求項22〜27のいずれか一項に記載の方法。
- さらに、第2の導電性基板を前記モノリシック2次元材料の前記露出面に付着させる、請求項22〜28のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の導電性基板が触媒金属を含む、請求項22〜29のいずれか一項に記載の方法。
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CN109722650B (zh) * | 2019-02-15 | 2021-09-28 | 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 | 一种六方氮化硼材料及其制备方法和转移方法 |
US11433353B2 (en) * | 2019-06-06 | 2022-09-06 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Hydrogen isotope separation methods and systems |
US11145875B2 (en) * | 2019-08-19 | 2021-10-12 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell electrode catalyst layer coating |
US11670790B2 (en) | 2019-11-25 | 2023-06-06 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell membrane electrode assemblies |
WO2021158731A1 (en) * | 2020-02-04 | 2021-08-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Fabrication of single-crystalline ionically conductive materials and related articles and systems |
US11631863B2 (en) | 2020-03-27 | 2023-04-18 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell catalyst material with defective, carbon-based coating |
CN220856629U (zh) * | 2020-04-21 | 2024-04-26 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于燃料电池的质子交换膜 |
CN112957912B (zh) * | 2021-01-29 | 2022-09-06 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种多层选择性氢渗透复合膜及其制备和应用 |
CN113782796A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-10 | 广西大学 | 一种基于石墨烯多孔膜制备超低铂燃料电池膜电极的方法 |
KR20230039438A (ko) * | 2021-09-14 | 2023-03-21 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
CN114053888B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-04-25 | 上海优丽泰薄膜材料有限公司 | 一种亲水导电蒸馏膜及其制备方法和使用方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017535030A (ja) * | 2014-09-18 | 2017-11-24 | ユニバーシティ・オブ・マンチェスター | モノリシック2次元材料およびイオノマーを含むプロトン伝導膜、その作製方法、ならびに燃料電池および水素ガスセンサにおけるその使用法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB825934A (en) * | 1956-02-04 | 1959-12-23 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to the separation of the isotopes of hydrogen |
JP3637332B2 (ja) * | 2002-05-29 | 2005-04-13 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
WO2007061945A2 (en) | 2005-11-21 | 2007-05-31 | Nanosys, Inc. | Nanowire structures comprising carbon |
FR2916906B1 (fr) | 2007-05-28 | 2009-10-02 | Ceram Hyd Soc Par Actions Simp | Membrane echangeuse protonique et cellule comportant une telle membrane |
JP2010195987A (ja) | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Sekisui Chem Co Ltd | シラン処理された電解質膜及びその製造方法 |
TWI525881B (zh) | 2010-12-30 | 2016-03-11 | 財團法人工業技術研究院 | 具低穿透率之有機無機混成之複合質子交換膜 |
US8802962B2 (en) | 2012-07-01 | 2014-08-12 | Loren R. Gulak | Foot actuated percussion board |
GB201212229D0 (en) | 2012-07-10 | 2012-08-22 | Johnson Matthey Plc | Ion-conducting membrance |
US9994968B2 (en) | 2012-09-14 | 2018-06-12 | International Business Machines Corporation | Electrochemical etching apparatus |
US20160053387A1 (en) * | 2013-03-29 | 2016-02-25 | Atomic Energy Of Canada Limited | Low-energy electrochemical separation of isotopes |
CN103367773B (zh) * | 2013-06-24 | 2016-04-27 | 天津大学 | 一种阻醇质子导电复合膜及其制备方法 |
CN103337649B (zh) | 2013-06-27 | 2016-08-10 | 暨南大学 | 一种改性石墨烯/磺化聚苯醚质子交换膜及其制备方法 |
US9748581B2 (en) * | 2014-02-28 | 2017-08-29 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Functionalized graphene-Pt composites for fuel cells and photoelectrochemical cells |
CN104103794B (zh) | 2014-08-05 | 2016-02-17 | 厦门大学 | 一种复合质子交换膜的制备方法 |
CN104569064B (zh) * | 2015-02-06 | 2017-02-01 | 北京邮电大学 | 一种石墨烯气体传感器及其制备方法 |
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-
2015
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2021
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017535030A (ja) * | 2014-09-18 | 2017-11-24 | ユニバーシティ・オブ・マンチェスター | モノリシック2次元材料およびイオノマーを含むプロトン伝導膜、その作製方法、ならびに燃料電池および水素ガスセンサにおけるその使用法 |
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