アメリカの科学者たちは、天然ガスから直接酸化グラフェンを生産する新しい方法を偶然発見しました。このブレークスルーは、生産コストを削減し、クリーンな水素を生成する可能性があります。この発見はテキサスA&M大学（Texas A&M University, TAMU）の研究チームによるもので、学校のサイエンスシティで行われました。この技術はもともと水素の生産を改善するために開発されましたが、研究チームは彼らが製造した炭素材料が実際にはバッテリー、電子機器、先進製造分野で広く使用される価値のあるカーボンナノ材料であることを発見しました。
同校の准教授デイビッド・スタック（David Staack）は、水素がチームの初期の目標であり、炭素は副産物と見なされていたと述べています。彼は「研究が進むにつれて、私たちは生産された炭素材料が実際には最も価値のある成果の一つであることに気づきました」と指摘しました。
このプロジェクトに関して、研究チームはプラズマベースのプロセスを開発し、メタン（天然ガスの主要成分）と非熱プラズマ-水界面を利用して高純度の酸化グラフェンを生産しました。このプロセスでは、水素が副産物として生成されます。スタックは、現在ほとんどの酸化グラフェンは化学集約型プロセスを通じてグラファイトから製造されていると述べています。彼は「私たちは非常に異なるアプローチを採用しました。私たちはバルク材料から始めてそれを破壊するのではなく、メタン分子から材料を構築しています」と強調しました。
研究チームが酸化グラフェンを生産する新しい方法を成功裏に開発
酸化グラフェンは単原子の厚さを持つ炭素材料で、その強度、電導率、多機能性で特に知られています。リチウムイオン（Li-ion）電池を含むエネルギー貯蔵用途で広く使用されており、コーティング、複合材料、その他の先進材料にも使用されています。従来の製造プロセスは大部分がグラファイトに依存しており、ほとんどのグラファイトはアメリカ以外から輸入されています。同時に、アメリカの限られたグラファイトおよび関連材料の供給は、酸化グラフェンを生産する新しい方法への関心を引き起こしています。
研究チームによれば、このプロセスは天然ガスから酸化グラフェンを生産するための初めて報告されたスケーラブルな方法です。研究は、通常の条件下で高純度の単層酸化グラフェンを生産できることを示しています。同校の教授で共同主任研究者のミカ・グリーン（Micah Green）は、この成果の価値を強調しました。彼は「これは、石油化学源から高価値のカーボンナノ材料を生産するための業界の新たな取り組みの一つです。炭素はもはや排出されるのではなく、固体機能材料を形成するために再利用されます」と明らかにしました。
研究チームはまた、製造された材料の性能が市販の酸化グラフェンと類似していることを発見しました。これは、生産コストを大幅に削減する可能性があることを意味します。グリーンはさらに、酸化グラフェンは水中で容易に分散できるため、コーティング、インク、広範な製造用途に組み込むことができるため、特に価値があると指摘しました。彼はプレスリリースで「大学として、私たちは科学を有用な技術に変換し、私たちの州に利益をもたらす責任があると信じています。業界は大学が可能性を探求し、私たちのビジネスの運営方法を変えることを期待しています」と述べました。
同時に、スタックはこのプロセスがエネルギーと先進材料を同時に生産する方法を提供することを指摘しました。彼は「目標は、排出を削減しながら経済的に合理的な解決策を開発することです」とまとめました。この研究成果は『ネイチャー・コミュニケーションズ』（Nature Communications）誌に発表されています。
項目 規格 酸化グラフェンの厚さ 単原子厚 主要成分 メタン 副産物 水素