東北大，グラフェンによる高性能な水素発生電極の開発に成功

JST戦略的創造研究推進事業の一環として，東北大学は，3次元構造を持つグラフェンによる高性能な水素発生電極を開発した（ニュースリリース）。

水素はクリーンなエネルギー媒体として期待され，製造，輸送および貯蔵のそれぞれの面から技術開発が進められている。その中で，水素ステーションなどで水素を「その場発生」させて供給する方法に注目が集まっている。

そのための水の電気分解法にはエネルギー利用効率の向上や電極の小型化などの課題がある。また，水素発生用電極材料としては，白金が最も優れているが，コストが高いことから白金に変わる代替材料（ニッケルなど）の開発が望まれていた。

研究グループは，ナノ多孔質金属を用いた化学気相蒸着（CVD）法を用いて3次元水素電極の開発を進めた。ピリジンとチオフェンをグラフェンの前駆体として採用し，ナノ多孔質金属の表面に窒素と硫黄元素を含有したグラフェンを蒸着させることによって，ナノ多孔質金属の幾何学構造を維持した「3次元ナノ多孔質グラフェン」を作製した。

こうして，平板電極と比べて単位触媒体積あたりの表面積を500倍程度まで増大させ，かつ，窒素と硫黄を少量添加した「3次元ナノ多孔質グラフェン」の作製に成功した。その電極特性を測定した結果，水素発生電極として機能することを見いだした。さらに，この電極は現在白金代替金属として期待されているニッケルと同等の電気エネルギーで水素を発生することが分かった。

この結果は，白金を使用しない高効率な水素発生電極の実用化につなげるための電極の3次元化の指針を示したもの。従来の2次元構造の電極に比べ，電極自身が3次元構造を持っているため体積の有効利用が期待できる。また，水素ステーションなどその場で水素を効率よく発生させることができれば，水素の運搬・貯蔵のリスクとコストを回避することができ、水素エネルギー社会の実現へ大きく貢献できる。

研究グループは今後，実用的な水素発生電極を作製するために少量のニッケルを添加し白金を越える水素発生能力を持つニッケル添加3次元ナノ多孔質グラフェンの開発やリチウム二次電池の電極材料としての研究を進めていくとしている。