松本泰道 熊本大学
仁科勇太 岡山大学
斉木幸一朗 東京大学
小林慶裕 大阪大学
杉村博之 京都大学
屠宇迪 京都大学
宇都宮徹 京都大学
一井崇 京都大学
小幡誠司 東京大学
谷口貴章 物質・材料研究機構
畠山一翔 熊本大学
竹平裕 熊本大学
村島裕介 熊本大学
速水真也 熊本大学
唐捷 物質・材料研究機構
新谷紀雄 物質・材料研究機構
近藤剛弘 筑波大学
中村潤児 筑波大学
鯉沼陸央 熊本大学
松尾吉晃 兵庫県立大学
井原敏博 熊本大学
北村裕介 熊本大学
新留琢郎 熊本大学
栗原清二 熊本大学
坪川紀夫 新潟大学
藤木一浩 新潟工科大学
山内健 新潟大学
遠藤洋史 富山県立大学
高山哲生 山形大学
伊藤浩志 山形大学
守谷(森棟)せいら 中部大学
西野孝 神戸大学
金善南 熊本大学
緒方智成 熊本大学
この度、「酸化グラフェンの機能と応用」として本書をまとめることができたことは、我が国産業の活性化にとって意義あるものと思っている。酸化グラフェン(GO)研究に関して世界中で年間一万件に近い論文が発表されており、未だに新しい機能が発見されている状況にある。
このようなGOが産業界にとってこれ程までに注目されている理由は何であろうか?第一は、原料として極めて安価な天然グラファイトがそのまま使用できる点である。第二は、合成が簡単で大量生産が可能であることである。第三は、多分野へ応用できる多機能である点である。第四は、無害であることである。
GOの多機能性は、様々な産業において材料面で大なり小なり使える材料であり、ハイブリッド化を含めるとその用途は計り知れない。様々なアイデアの元、多くの分野でGOが採用されることを願っている。読者が自らの研究分野へGOを取り込み、応用展開するきっかけになって頂ければ幸いである。
(本書「はじめに」より一部抜粋)
第1章 酸化グラフェンの合成 (仁科勇太)
1 はじめに
2 酸化グラフェンの構造
3 酸化グラフェン中の不純物の影響と精製法
4 非金属系酸化剤による合成
4.1 Brodie法
4.2 Brodie法の改良
4.3 Staudenmaier法
5 金属系酸化剤による合成
5.1 Hummers法
5.2 Hummers法の改良
5.3 鉄酸化剤を用いる方法
5.4 Brodie法とHummers法で得られる酸化グラフェンの違い
6 電解法
6.1 イオン液体中での電解による黒鉛の剥離
6.2 水中での電解による黒鉛の酸化剥離
7 マイクロ波照射法
第2章 酸化グラフェンの還元法とグラフェン合成
1 はじめに (斉木幸一朗)
2 熱還元法 (小林慶裕)
2.1 はじめに
2.2 真空中や不活性雰囲気中での加熱処理による酸化グラフェンの還元
2.3 炭素を含む反応性ガス雰囲気中での加熱処理による酸化グラフェンの還元
3 光還元法 (杉村博之/屠宇迪/宇都宮徹/一井崇)
3.1 GOの光励起反応
3.2 GOのVUV還元
3.3 VUVマイクロ還元加工
3.4 おわりに
4 還元剤による化学的な還元 (小幡誠司/斉木幸一朗)
4.1 はじめに
4.2 種々の化学的還元法の特徴
4.3 GOの修復を伴う化学的還元法
4.4 まとめ
5 金属の触媒性を利用した還元 (小幡誠司/斉木幸一朗)
5.1 はじめに
5.2 金属単結晶を用いた還元方法
5.3 Niを用いたSiO2表面でのその場 (on site) 還元
5.4 GOを用いたgraphene 成長の特徴
5.5 まとめ
6 その他の還元方法 (斉木幸一朗/小幡誠司)
6.1 ArやN2を用いたGOの還元
6.1.1 Arプラズマを用いた還元
6.2 CH4プラズマを用いた酸化グラフェンのグラフェン化
6.3 まとめ
第3章 酸化グラフェンの基本的性質 (谷口貴章)
1 はじめに
2 酸化グラフェンの反応性
3 酸化グラフェンの発光機構
4 酸化グラフェン層間での金属イオン透過性
第4章 酸化グラフェンのプロトン伝導と電気伝導 (畠山一翔/竹平裕/村島裕介/速水真也)
1 はじめに
2 酸化グラフェンの電子状態
3 酸化グラフェンのプロトン伝導
4 酸化グラフェンの半導体特性と応用
5 その他 ～GOのプロトン/電子混合伝導～
第5章 酸化グラフェンの電気化学デバイスへの応用
1 まえがき (松本泰道)
2 グラフェンの特性を活かした高性能スーパーキャパシター (唐捷/新谷紀雄)
2.1 はじめに
2.2 グラフェンのスーパーキャパシターに関わる特性
2.3 スーパーキャパシター用還元型酸化グラフェンの作製とナノポアの導入
2.4 グラフェンのスーパーキャパシター電極作製
2.5 グラフェンスーパーキャパシターの性能
2.6 グラフェンスーパーキャパシターの応用と実用化
2.7 おわりに
3 燃料電池の酸素極への応用 (近藤剛弘/中村潤児)
3.1 燃料電池の白金代替触媒
3.2 窒素ドープグラファイト系触媒
3.3 カーボン中の活性窒素種
3.4 ルイス塩基性とORR活性点
3.5 まとめ
4 酸化グラフェン燃料電池(GOFC)と鉛蓄電池(GOLB) (松本泰道/鯉沼陸央)
4.1 GOを用いたポリマー電解質膜燃料電池(PEMFC)
4.2 メタノール直接形燃料電池(DMFC)
4.3 空気亜鉛電池
4.4 GOを用いたバナジウムレドックスフロー電池(VRFB)
4.5 GOを固体電解質として用いたその他の電池特性評価
4.6 おわりに
5 酸化グラフェンのリチウム電池への応用 (松尾吉晃)
5.1 はじめに
5.2 GOのリチウム電池正極材料としての応用
5.3 GOの還元物のリチウムイオン電池負極材料としての応用
5.3.1 GOの熱還元物の負極特性
5.3.2 薄層化されたGOの還元物の負極特性
5.4 おわりに
第6章 酸化グラフェンの生体への応用
1 はじめに (井原敏博)
2 バイオセンサ (井原敏博/北村裕介)
2.1 はじめに
2.2 DNAまたはRNAのセンシング
2.3 タンパク質およびその他の生理活性分子のセンシング
2.4 金属イオンのセンシング
2.5 細胞のセンシング
3 医療材料としての酸化グラフェン (新留琢郎)
3.1 はじめに
3.2 ドラッグデリバリーシステム
3.3 フォトサーマル治療
3.4 フォトダイナミック治療(光線力学治療)
3.5 バイオイメージング
3.6 組織工学
3.7 安全性
3.8 おわりに
第7章 酸化グラフェンの高分子ハイブリット体
1 はじめに (栗原清二)
2 酸化グラフェン/高分子複合体の作製
〜酸化グラフェン及びグラフェンへのポリマーのグラフト〜 (坪川紀夫/藤木一浩/山内健)
2.1 はじめに
2.2 グラフェンへのGrafting from法によるグラフト化
2.2.1 原子移動重合(ATRP)法によるグラフト化
2.2.2 可逆的不可開裂連鎖移動(RAFT)法によるグラフト化
2.2.3 カリウムカルボン酸塩(COOK)基からのアニオングラフト重合
2.3 グラフェンへの“Grafting onto”法によるグラフト化
2.3.1 GOの官能基と末端反応性ポリマーとの高分子反応
2.3.2 ポリマーラジカル捕捉法によるグラフト化
2.3.3 フェロセン含有ポリマーとの配位子交換反応によるグラフト化
2.3.4 GO表面カルボキシル基開始によるカチオン重合グラフト化
2.3.5 GOへ導入したビニル基を用いるin-situ重合によるグラフト化
2.4 ポリマーグラフトGOの分散性
2.5 おわりに
3 高分子電解質修飾酸化グラフェンを介したゲル型成形加工およびナノ粒子担持技術 (遠藤洋史)
3.1 はじめに
3.2 ポリイオンコンプレックス型コンポジットフィルムの作製と成形加工
3.3 酸化チタンナノ粒子の高密度担持
4 射出成形された酸化グラフェン/高分子複合体の物性 (高山哲生/伊藤浩志)
4.1 はじめに
4.2 グラフェンの剥離処理法と射出成形品の物性の関係
4.3 マトリクスの親水化によるPMMA共重合体/酸化グラフェン複合材料射出成形品の物性改善
4.4 まとめ
5 酸化グラフェン/高分子複合体の力学的性質 (守谷<森棟>せいら/西野孝)
5.1 はじめに
5.2 GOの補強効果
5.3 ポリビニルアルコール系ナノ複合体
5.4 GOの配列による効果
5.5 ポリメタクリル酸メチル系ナノ複合体
5.6 まとめ
6 酸化グラフェン/高分子複合体の伝熱性 (金善南/栗原清二)
6.1 はじめに
6.2 熱伝導メカニズム
6.3 高分子複合体の熱伝導性
6.4 熱伝導測定法
6.5 GO/高分子複合体の熱伝導特性
6.6 GO/高分子複合体の精密構造制御
6.7 まとめ
7 酸化グラフェン/高分子複合体のガスバリア性 (緒方智成)
7.1 はじめに
7.2 ポリマーのガスバリア性
7.3 ガスバリア性の指標
7.4 フィラーによるガスバリアモデル
7.5 GO/ポリマー複合体のガスバリア性に関する報告例
7.5.1 混合方法の影響
7.5.2 ベースポリマーの影響
7.5.3 GO特性の影響
7.6 まとめ
