最新の建設技術の情報インフラ。松田巌准教授らの共同研究グループは、ホウ素と水素の組成比が1:1のホウ化水素シートが室温・大気圧下において光照射のみで水素を放出できることを見出した。ホウ化水素シートはもともとボロファン(用語1)という通称名で理論的に存在が予測されていた二次元物質で、2017年9月に本研究グループが初めて合成に成功した。%以上と極めて高く、爆発のリスクある水素ガスボンベに代わる軽量で安全な水素キャリア(用語2)としての応用が期待されていた。今回、見出した現象はホウ化水素シートに紫外光を照射する単純な操作で、室温・大気圧という穏やかな条件で水素を取り出すことができる。これを応用することで爆発性のある水素の運搬を、高温や高圧を要する従来手法よりもはるかに安全に達成することが期待できる。本研究では、計算科学によって電子構造の観点から、光照射による水素放出のメカニズムを解明することに成功した。Communications」に掲載されました。した状況で、ホウ素のみで構成される二次元物質であるボロフェンと呼ばれる物質が、理論的な研究によってグラフェンの性能を凌駕することを示唆する報告がなされてきた。合成に成功した条件はいずれも高温・超高真空下など特殊な条件が必要だった。2017年9月26日https://www.titech.ac.jp/news/2017/039369.html)。グループの第一原理計算(用語4)によると、ホウ化水素シートではホウ素の結合性軌道(用語5)から反結合性軌道(用語5)への遷移(a→b)、ならびに水素の反結合性軌道への遷移(a→g)が起こることが示唆された(図2)。水素の反結合性軌道への遷移は紫外線のエネルギーに相当する。光エネルギーでg軌道に電子を遷移できれば水素の結合を弱められ、常温・常圧で紫外線の照射のみで水素が放出されるのではないかとの仮説を立てた。(a)、結晶構造(b)、電子構造(c)これを検証するため、2種類の光源を用いてホウ化水素シートから放出されるガスの分析をおこなった。可視光の照射はホウ素の結合性軌道から反結合性軌道への遷移(a→b)を起こすことができる一方、紫外線照射は水素の反結合性軌道への遷移(a→g)を起こすことができる。予想通り、紫外線の照射で水素が生成することが確認できた(図3(a))。%にあたる水素を放出できることがわかった(図3(b))。%で、水素放出には300°C以上の加熱が必要だった。今回、宮内教授らが報告するホウ化水素シートは、既往の水素キャリアと比べて極めて大量の水素を、光照射という極めて簡便な操作で放出できることがわかった。(a)ホウ化水素シートからの水素放出特性(照射光の波長依存性。ポータブル水素キャリアとしての応用が期待できる。用語説明(用語1)ボロファン:ホウ化水素シート。ホウ素と水素の組成比が1:1のナノシート状物質。(用語2)水素キャリア:水素を貯蔵・輸送するための担体。高圧水素ガスボンベ、液化水素、アンモニア、有機ハイドライド、水素吸蔵合金などが知られる。(用語3)グラフェン:炭素原子一層あるいは数層分の厚さからなるシート状物質。(用語4)第一原理計算:実験データや経験パラメーターを使わない基本的な原理に基づく計算。ための手法の検証やリサイクル事業者との連携促進等を支援する。コメント目次へトップサイドバータイトルとURLをコピーしました。