ひずみ誘起酸化によるグラフェンのナノポーラス化

摘要

単層グラフェンは優れた機械的性質ゃ高い導電性といつた様々な特性を有レ，最近ではガス分離や水処理といった膜分離工学の分野においても注目されている例えば海水淡水化技術において，逆浸透膜を用いた商用プラントのエネルギー効率（単位体積の淡水生成に必要な電力消费量）は1990年までで5 kWh/m~3であつたが，2008年は1.8 kWh/m~3と効率が上昇している.しかしながら，高い逆浸透圧を必要とすることから依然エネルギー効率が低く，海水を持続可能資源として用いるためには更なる効率化，低エネルギー化が必要である.また透水性能と分離性能はトレードオフの関係にあり，分離性能を高めると透過性能が低くなるのが一般的である.一方でナノ細孔を有するポーラスグラフェンを海水に応用する場合，原子レベノレの模厚さのため流体抵抗，つまりろ過圧を低減できるうえ，グラフェン特有の優れた的性質より，信頼性の高いろ過膜を創製できる可能性を有している.またNa~+やCl~-といつたイオンは選択的に通過できない微小細孔を用いることで，従来の逆浸透膜と同等の分離性能を維持しつつ，高い透過性を確保することが可能であることから，より低いコストでのろ過が可能となる.そのためには，所望サイズの細孔を離散的に形成させ，しかも容易に大面積ポーラス化が実現できる技術が必要である.そこで本研究では，簡単に大面積ポーラス化が行える技術を開発する目的で，ナノ粒子を用いたポーラスグラフェン創製法を検討した.%This study proposed new method to manufacture nanoporous graphene due to bending strain induced oxygen plasma etching. Graphene monolayer is covered on nanoparticles in order to generate bending strain on the graphene locally and selectively. After oxygen plasma etching, it was found that nanopores were formed in graphene near nanoparticles, and the number of pores in the vicinity of the nanoparticles varied depending on the etching time. In addition, molecular dynamics (MD) simulation was carried out to elucidate the mechanism of the nanopores formation in graphene.