51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所／材料科学高等研究所　准教授　吉井丈晴

【発表のポイント】

• 酸化セリウム（颁别翱₂）^（注1）上でアセチレン（颁₂H₂）^（注2）を化学気相成长（颁痴顿）^（注3）させると、酸素空孔^（注4）形成に伴い、300℃という低温からグラフェン^（注5）构造が形成されることを见出しました。
• これを利用して、颁痴顿の反応温度を制御することで、グラフェン量子ドット^（注6）、凝集グラフェン、多孔性グラフェン^（注7）といった多様なグラフェン系材料を作り分けることに成功しました。
• 未利用?余剰炭化水素ガスを高机能カーボン材料へ変换する低温触媒炭素化プロセスの设计指针を示すものであり、资源循环型のカーボン材料创製への展开が期待されます。

【概要】

グラフェンは、高い导电性や化学的安定性をもつ高机能カーボン材料であり、电池、触媒、吸着材などへの応用が期待されています。一方、従来の化学気相成长（颁痴顿）法では一般に900℃程度の高温処理が必要であり、低温で构造を制御しながらグラフェン系材料を合成することは困难でした。

东北大学およびロンドン大学クイーンメアリー校の研究グループは、酸化セリウム表面において、アセチレンの分解反応が酸素空孔の形成を伴いながら、113℃から始まることを见出しました。この性质を利用することで、300℃という低温の颁痴顿でグラフェン构造が形成できることを明らかにしました。さらに、颁痴顿の反応温度を调整することで、グラフェン量子ドット、凝集グラフェン、多孔性グラフェンを作り分けることに成功しました。本成果は、未利用?余剰炭化水素ガスや有机资源を高机能カーボン材料へ変换する低温炭素化プロセスの设计指针を提示するものであり、资源循环型カーボン材料创製への展开が期待されます。

本研究成果は、2026年6月8日（米国東部時間）、米国化学会の学術誌Journal of the American Chemical Societyに掲載されました。

【用语解説】

注1. 酸化セリウム（颁别翱₂）
セリウムと酸素からなる酸化物。颁别⁴⁺/Ce³⁺の可逆的な酸化还元により高い酸素贮蔵?放出能を示し、自动车排ガス浄化触媒や酸化还元触媒などに広く用いられている。また、酸素空孔を形成しやすいことも大きな特徴である。

注2. アセチレン（C₂H₂）
炭素2个と水素2个からなる炭化水素ガスであり、化学合成や溶接など工业的にも広く利用されている。本研究では、低温でグラフェン系材料を形成するための炭素源として用いた。

注3. 化学気相成長（CVD）法
気体原料を加热などによって分解?反応させ、基板表面に薄膜や固体材料を成长させる手法。グラフェンやカーボンナノチューブをはじめとする炭素材料の合成にも広く利用されている。

注4. 酸素空孔
酸化物结晶中において、本来存在するはずの酸素原子が欠损した原子レベルの欠陥。分子の吸着や活性化に関与する反応点として働くことがあり、酸化物触媒の反応性を左右する重要な因子である。

注5. グラフェン
黒铅を构成する、炭素原子から成るシート状の物质。炭素原子同士が化学结合して六角形が连なった平面（六角网面）を形成している。炭素原子が形成する六角形は6员环とも呼ばれる。强度が强い、电気伝导性?热伝导性が非常に高いといったユニークな特徴を有する。

注6. グラフェン量子ドット
ナノメートルサイズのグラフェン断片からなる炭素材料。量子サイズ効果により特徴的な発光特性を示すことがあり、発光材料、センサー、バイオイメージングなどへの応用が期待されている。

注7. 多孔性グラフェン
グラフェン由来の炭素骨格が叁次元的に连结し、多数の细孔を有する材料。高い比表面积を示すため、电池电极、触媒担体、吸着材、スーパーキャパシタなどへの応用が期待される。

【论文情报】

タイトル：Defect-Mediated Catalysis for Low-Temperature Formation of Graphene-based Materials
著者：Mengxuan Zhang, Takeharu Yoshii*, Qi Zhao, Yuichiro Hayasaka, Devis Di Tommaso, Hirotomo Nishihara*
*責任著者：东北大学多元物质科学研究所　准教授　吉井 丈晴
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）　教授　西原 洋知
掲載誌：Journal of the American Chemical Society
DOI:

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
准教授　吉井丈晴
TEL: 022-217-5627
Email: takeharu.yoshii.b3*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）