"炭素を含んでなる物体を含んでなる電気化学電池用の電極において、前記炭素を含んでなる材料の炭素の少なくとも一部が99を超えるsp2混成炭素からなり、水素発生反応HERおよび水素酸化反応HORのための電極を形成するために、前記炭素材料が酸処理され、かつ複数回の低電圧カソードサイクルが行われたことを特徴とする電極。請求項1に記載の電極において、前記炭素を含んでなる材料が、単一壁カーボンナノチューブSWNT、二重壁カーボンナノチューブDWNT、多重壁カーボンナノチューブMWNT、グラフェン、熱分解グラファイト、微結晶グラファイトまたはそれらの任意の組み合わせを含んでなることを特徴とする電極。請求項1に記載の電極において、多孔質膜をさらに含んでなり、前記多孔質膜が、前記炭素を含んでなる物体を担持し、前記物体が炭素を含んでなる膜であることを特徴とする電極。請求項3に記載の電極において、前記膜が、ポリテトラフルオロエチレンPTFE、ポリフッ化ビニリデンPVDF、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミドまたは多孔質カーボン紙を含んでなることを特徴とする電極。請求項3に記載の電極において、前記炭素を含んでなる膜が、20nm~100μmの厚さを有することを特徴とする電極。請求項3に記載の電極において、前記炭素を含んでなる膜が、厚さ1.5μmの厚さおよび0.106mg/cm2の単位面積あたりの質量を有する膜に関して、1MH2SO4溶液と接触している時に過電圧なしで、水素発生反応HERにおいて-0.4Vで少なくとも-15mA/cm2の大きさを有する電流密度を達成するために十分な時間、酸溶液によって処理されたSWNT膜であることを特徴とする電極。請求項1に記載の電極において、前記炭素を含んでなる物体への金属接触をさらに含んでなることを特徴とする電極。請求項1に記載の電極において、開始過電圧が、電解質溶液がpH=1である場合に10mV未満であり、前記電解質溶液がpH=7である場合に70mV未満であることを特徴とする電極。請求項1に記載の少なくとも1種の電極を含んでなる電気化学デバイスにおいて、水素発生反応HERまたは水素酸化反応HORが実行可能であり、電解槽または水素燃料電池として機能することを特徴とする電気化学デバイス。燃料を含まない天然の再生可能エネルギー発電機を含んでなる少なくとも1種の一次エネルギー発電機と、請求項9に記載の1種以上の電気化学デバイスを含んでなる少なくとも1種の二次エネルギー発電機とを含んでなる電気エネルギー発生システムにおいて、前記二次エネルギー発電機は前記一次エネルギー発電機と組み合わされ、前記二次エネルギー発電機が、前記一次エネルギー発電機によって駆動される時に要求に応じて水素を形成する電解槽として機能し、前記二次エネルギー発電機が、要求に応じて電気を発生する水素燃料電池として機能することを特徴とする電気エネルギー発生システム。請求項10に記載のシステムにおいて、前記一次エネルギー発電機が太陽電池、風力タービンまたは水タービンを含んでなることを特徴とするシステム。少なくとも一部が99を上回るsp2混成炭素からなる炭素材料を、低電圧カソードサイクルを行っている間、グラファイトのインターカラントである酸に暴露することによって、ゼロ付近で過電圧を開始するHERまたはHOR電極として高度に活性である炭素材料が形成されることが見出された。酸処理された炭素材料を含んでなるこれらの電極は、HERおよびHORに関して最も周知である非貴金属触媒の活性より高くなり得る活性を示す。HERに関する高活性は、pH中性の水中で、および海水中で持続する。本明細書の開示の大部分は、単一壁カーボンナノチューブSWNTを使用する典型的な実施形態に関するが、本発明の実施形態において、高配向熱分解グラファイトおよび焼結微結晶グラファイトなどの99を上回るsp2結合炭素からなる他の炭素材料がHERおよびHORへの有効な触媒に含まれることが可能であり、これは高活性およびほぼ0の過電圧を示す。典型的な実施形態は膜に関するが、電極は膜である必要はなく、高度な開放多孔度を有し、電解質が接近可能な表面積を大きくさせるように構成され得る任意の形状の物体であることが可能である。ほぼ0の過電圧は、強酸pH1以下中で開始過電圧が約10mV未満であるもの、およびpH中性pH7の電解質で約70mVであるものである。対照的に、強酸水中でHERの観察のための過電圧が500mV以上で残存する酸処理されたガラス状炭素に関して、触媒活性は観察されなかった。本発明の実施形態は、水素H2の生成のための過電圧がほぼ0である、炭素を含んでなる膜、例えば、単一壁炭素ナノチューブSWNT膜を含んでなる、H2生成および酸化のための電解触媒を有する電極に関する。SWNTの使用に関する研究の間、SWNT膜電極が、白金Ptと同様に高い酸素還元活性を有することが可能であることが見出されたが、SWNT膜に関してHORに対する触媒活性は観察されなかった。しかしながら、SWNTを使用する硫酸の酸素還元の研究では、プロトン還元電流が付随する水素発生が時間とともに増加することが示された。さらなる研究によって、数回の低電圧カソードサイクルによる酸電解質へのSWNT膜の曝露後、0過電圧でH2発生反応HERが開始することが明らかになった。過電圧は、反応が生じるために必要とされる観察された印加電位と、反応のための熱力学ポテンシャルとの差である。本発明の実施形態による酸処理されたSWNT膜を含んでなる電極へのH2の曝露は、LeGoffらの文献に開示されるMWNT上に担持されたNi錯体に関して開示された効率を上回る容易な水素酸化反応HORをもたらす。酸暴露されたSWNT膜を含んでなる電極のHER活性も、質量基準で商業的に入手可能なPt担持電極の活性を上回る。本発明の実施形態による電極は、本明細書にその全体が援用される米国特許第7,261,852号明細書に開示される方法のSWNT薄膜の堆積を使用して製造される。この方法によって、界面活性剤を使用する水中のSWNTの懸濁液を、SWNTが細孔に浸透することができない小ささの細孔を有する濾過膜の表面上へ真空濾過する。懸濁液の水性部分の除去後、SWNT結合界面活性剤を膜から洗浄し、膜を乾燥させる。膜は、必要に応じて、表面積および厚さを変えることができる。膜多孔度は、本明細書にその全体が援用される米国特許第7,704,479号明細書に開示される方法を含むいくつかの手段によって増加させることができる。幾何学的表面積は、懸濁液が提供されて水溶液が通過する濾過膜の表面サイズによって決定される。濾過膜の任意の部分を使用することができ、本発明のいくつかの実施形態において、膜表面の100パーセント未満が使用される。本発明の実施形態において、酸電解質に耐性のある濾過膜の細孔を通して、水素が酸処理されたSWNT膜に接近するように、HOR電極は形成される。膜は疎水性であることができる。膜は、それらの長軸が膜の隣接する表面とほぼ平行になるように配向する複数のSWNTを含んでなり、ナノチューブは、膜の全表面上でナノチューブの間で密接な電気接触、一般に密接な物理的接触があるように、膜の局所的平面内で無作為に配置される。このように、膜全体での電気伝導率は、例えば、約20nm~約200nmの厚さを有する非常に薄い膜に関して高くなることができる。例えば1~100μm以上の厚いSWNT膜を使用することができ、100μmを超える寸法を有する物体を使用することができる。本発明の実施形態において、SWNTの活性化のための酸処理は、曝露課程で誘導される複数回のカソードサイクルを行って、十分な期間、SWNT膜を酸溶液と接触させる工程を含んでなる。活性を誘導するのに必要なサイクルの数は100未満である。溶液は、水溶液または非水溶液であることができる。活性化のために必要とされる時間は、濃度および酸強度次第である。典型的な活性化膜は、1M硫酸水溶液で120時間処理される。当業者が認識することができるように、他の強酸をより高濃度およびより低濃度で使用することが可能である。他のブレンステッド酸、例えば、硝酸、過塩素酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、ホウ酸、ヨウ素酸および過ヨウ素酸を使用することができる。本発明の他の実施形態において、酸は、ルイス酸、例えば、AlCl3、AlBr3、FeCl3、AsF5およびSbCl5などの金属クロリド、ブロミド、フルオリドおよびオキシハライドであることができる。HER電極として使用される場合、多孔質膜は、生じるH2の放出を可能にする。電極は、炭素を含んでなる膜への電気接触を含む。例えば、SWNT膜を、多孔質ディスクの一部分上に堆積することができ、電導体、例えば、金属を、炭素を含んでなる膜を有する部分上で重複する濾過膜のもう1つの部分上に形成することができる。例えば、金属を、炭素を含んでなる膜の特定の部分上でのスパッタリング、蒸着または電解堆積などの様々な技術のいずれかによって堆積することができる。疎水性濾過膜は、ポリテトラフルオロエチレンPTFE、ポリフッ化ビニリデンPVDF、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、多孔質カーボン紙または他の膜であることができる。本発明の他の実施形態において、多孔質膜は、疎水性表面を達成するために表面が処理され、一般に親水性であると考えられるポリマーであることが可能である。本発明の他の実施形態において、膜は、湿潤に対して本質的に耐性であることが可能な多孔質ガラスまたはセラミックとすることも、疎水性表面を生じるように処理することもできる。例えば焼結ガラス膜は、表面を疎水性にし、水性溶液によって十分に水和しないようにするために、シランカップリング剤で表面処理することが可能である。本発明の実施形態による、電解触媒によって酸処理されたSWNT膜に関して観察されるHOR速度は、H2、SWNT膜電極および電解質溶液間の3相界面を最大化することによって最適化することができる。最適化は、2010年11月4日の国際公開第2010/126767号パンフレットに開示されるように実行することができ、上記国際公開は、酸素還元のための純粋なSWNT膜の使用に関して、参照によって本明細書に援用される。本発明の実施形態によって、水素は、膜の細孔を通して、水素気体、固体SWNT膜および液体電解質が存在する3相界面に拡散する。この3相界面において、水素は電解質溶液の表面層に溶解し、SWNT膜電極との接触時に酸化し、SWNT膜を通して電子を外部回路に提供する。国際公開第2010/126767号パンフレットに開示されるように、SWNT酸素還元カソードと組み合わせて、酸接触SWNT膜が水素酸化のためのアノードとして使用される場合、本発明の実施形態に従って、完全に金属触媒を含まない水素酸素燃料電池が構成される。本発明の実施形態に従って、一次再生可能エネルギー発電機とともに持続可能なエネルギー貯蔵/生成システムを形成するために、酸処理された炭素を含んでなる膜を含んでなる電極を含んでなる電気化学デバイスが含まれる。太陽電池または風力タービンによる太陽および風力供給源などの一次供給源による天然再生可能エネルギー変換は、それらの性質によって、不規則で予測不可能であるため、即座に消費されるエネルギーを超過するこの一次供給源からのエネルギーは、条件が生成に適している場合、気体貯蔵装置と組み合わせた電解槽中での水の電気分解を介して生じる水素として貯蔵される。その後、一次エネルギー源がエネルギー需要の達成に不十分である場合、燃料電池が必要とされるエネルギーを供給するように、電解槽は逆に動作する。本発明の実施形態において、水タービンを使用する水力発電供給源などの一次天然エネルギー源は信頼性が高くなることが可能であるが、それぞれ、例えば、住宅における昼および夜の間に、エネルギー生成または消費が過剰または不十分である延長期間を有する。酸処理された炭素を含んでなる膜または物体を含んでなる電極を含んでなる一次供給源を電気化学デバイスと組み合わせることによって、水素を夜などの低エネルギー需要時に生じることができ、かつ例えば日中のピーク活性時間のピーク需要の間の一次エネルギー供給源の補足のために貯蔵される。方法および材料HERおよびHORに関して、酸処理されたSWNT膜電極を調査した。SWNT膜を、直径15mmディスクが担持された膜の片面にオフセットするように、直径47mmの特大PTFE濾過膜に堆積した。長方形シャドーマスクを通して厚さ200nmのPd層をスパッタリングすることによって、むき出しの膜の端部からナノチューブ膜まで被覆して、直径15mmのSWNT膜の約2mmを重複させて、SWNT膜への電気接触を作成した。図1は、本発明の一実施形態による、H2生成および/または酸化のための電池での電解触媒の電気化学性能を試験するために使用される電池に配置された多孔質膜上の金属が接触した炭素を含んでなる膜、例えば、SWNT膜、102/101/103の断面図を例示する。この電極は、SWNT膜101、接触電極102および下層の多孔質疎水性膜103を有する。電池本体104は、固体長方形PTFEブロック3.6cm×3.6cm×5.6cmから製造され、深さ4.6cmの電解質リザーバ105を生じるため、直径2.54cmの穴が上部長軸に沿ってから穿孔されている。電池側壁を通しての直径0.76cmの開口部106は、電池内の電解質のためにリザーバ105に接近する。Oリング107は、電池の側壁開口部106を包囲して、そして、SWNT膜101および電極102を担持するPTFE膜103がOリング107に対して、本例ではPlexiglassなどの材料から製造される気体流カバー108によって押圧される時に、SWNT膜/電極/膜アセンブリ102/101/103のSWNT膜101に対して漏洩のない封着を形成する。金属電極102は、開口部106によって画定される電解質が湿潤する領域の外側に位置する。Plexiglass気体流カバー108によって保持されたSWNT膜/電極/膜アセンブリ102/101/103は、その4隅で穴109を通してねじ図示せずによって電池本体104に固定される。作動する電池において、Oリング107を、波形シール、エポキシセメント、接着剤または硬化シーラントに置き換えることができる。気体流カバー108は気体プレナム112を取り入れ、電池本体104に固定されている時に開口部106と一致してプレナムを配置する。H2気体は、それぞれがプレナム112のいずれかの側面にあって、それぞれが穴111および113を通して接続されるポート110および114によって、プレナム112に、およびプレナム112から供給される。実験目的のために、周囲雰囲気がシステムに入ることを妨ぐため、アウトレット113によって気体が水バブラー中に出ることが可能である。疎水性PTFE膜103は、HORモードで電解質で湿潤されたSWNT膜101へのH2の拡散を可能にしながら、電解質が電池から流出することを妨ぐ。HORモードでは、水素は吸着され、分離され、そして酸化されて、プロトンHとなり、形成された電子は、金属電極102によって、SWNT膜101および外部回路に輸送される。HERモードでは、電力は、参照電極122に関して制御されたPt対電極121アノードに対する電圧によってSWNTカソード101/102/103に供給される。これらの電極は、三極測定用の密着した取付け部品カバー123に配置される。アノード121において、水は酸化されて、酸素およびプロトンを遊離させ、これらは電解質を通して拡散する。プロトンは、SWNTカソードで水素に還元され、H2気体発生に至る。三極測定のために、ブランクガラススライド117は、電池の第2の側壁の穴の反対側に配置され、ブランクカバー118からの圧力によってOリング116に対して封着される。ブランクカバー118は、ブランクカバーの4つの穴2つを示すを通る4本のねじ図示せずによって電池本体に対して固定される。電池は、それぞれ、対および参照電極121および122のための穴を通しての供給、ならびに電解質中に不活性気体のバブリングをするための通気管120のための穴および通気気体のための排気孔図示せずを通しての供給を有する、密着した取付け部品カバー123を有する。二極測定モードにおいて、108と同一の第2の気体流カバーが、第2の側壁開口部115上に使用される。Ptリングおよびガラス状炭素ディスクを用いて、E6シリーズRRDEを備えたPineInstrumentsAFCBPlBipotentiostat、AFMSRCERotatorを使用して、回転リング-ディスク電極RRDE測定を実行した。特に構成された電気化学電池で測定された線形スイープおよびサイクリックボルタモグラムを、GamryReference600Potentiostatを使用して記録した。RRDEセットアップで、溶液ウェルを1600rpmで回転することによって攪拌するように保持して、ファラデー効率測定を実行した。DenverInstrumentモデル220メーターを、pH測定のために使用した。酸処理されたSWNT膜のHER活性については、1M硫酸中で、酸電解質へのSWNTの曝露時間を連続的に増加させて調査した。図2は、0.22μmの細孔テフロン膜上の厚さ1.5μmのSWNT膜、54μgのSWNTによる三極測定を使用して決定されたHER電流密度対電位のプロットを示す。これは、Ag/AgCl3MKCl参照電極を使用して、酸曝露の0、4、48、96および120時間後に5mV/秒でスキャンしたものである。図2は、Ag/AgCl3MKCl参照電極値に210mVを足すことによって、標準水素電極NHEに対してプロットされた電位を示す。図2に明らかに示されるように、48時間を超える酸曝露時間でSWNT膜のHER活性は劇的に増加するが、HERに関する過電圧は、標準水素電極NHEと比較して酸曝露時間の増加とともにゼロまで徐々に低下する。HERの低い開始電位の参照として、図2に、SWNT電極の代替物としてPTFE膜上へスパッタリングされた厚さ50nmのPt膜を使用する電池のHER電流をプロットする。図3は、1M硫酸に120時間曝露後の厚さ1.5μmのSWNT膜に関する1M硫酸中でのAg/AgCl3MKCl参照電極に対するHER活性および120時間1M硫酸と接触させた厚さ50nmの純粋な白金膜のHER活性を示す。Pt膜活性は、酸曝露時間によって異ならなかった。両測定は5mV/秒でスキャンして実行された。HOR電解触媒のためのSWNT膜の酸処理の必要性を図4に示す。SWNT膜はH2SO4曝露によって活性化され、そして作用電極としてPTFE膜上で厚さ1.5μmのSWNT膜を利用して、三極クロノアンペロメトリーで使用された。1M硫酸電解質溶液をNHEに対して0.3Vで保持した。図1で示すようにPTFE膜103を通してSWNT膜101に気体プレナム112を通って供給される気体を、図4で示されるようにH2とアルゴンとの間で変化させた。酸と接触させることによるSWNT膜の活性化の前には、電極に供給される気体に関係なく、電流は観察されなかった。対照的に、SWNT膜が、この実施例では288時間、1M硫酸に暴露された後、H2の存在下で実質的な電流密度による迅速な反応が観察される。図5は、回転リングディスク電極RRDEデータを示す。この電極では、SWNT27μgが、エタノールから直径5mmのガラス状炭素ディスク電極上へドロップキャストされ、続いて、示されたデータを記録する前に、1MH2SO4中で144時間活性化した。ナノチューブのないガラス状炭素ディスク電極の対照実験では、同様の条件下でNHEに対して高いまま、約-500mVであるHERに対する過電圧が確認された。この測定によって、カソード電流がプロトン還元H2発生によるによることが確認される。1200rpmでリングを回転して、1MH2SO4中で測定値を記録した。下のプロットに示すように、ディスク電位を±0.2V間、5mV/秒で直線的にスイープした。中心プロットはディスク還元電流を示し、上の曲線は、0.6Vで保持されたPtリングからの酸化電流を示し、水素を検出する。ディスクを固定して保持して、H2気泡が-60mVでナノチューブ層から発生するが、過電圧を増加させることによってますます発生する。水素酸化リング電流で見られる飽和は、外側へのそれらのエクスカーションでリングから電解質を物理的に分離するH2気泡の数の増加によるものである。より大きな電流低下は、特に大きな気泡の分離に相当する。1MH2SO4への12日曝露後のSWNT膜厚さ1.5ミクロン、0.106mg/cm2のHORおよびHERに対する電解触媒活性を、Pt対電極に対して印加された電位の関数として測定し、そしてNHE電極に参照した。同様の測定を、商業的に入手可能な、最適化されたPt担持炭素電極BSAFELATGDE、0.5mg/cm2を使用して行った。その性能を最大にするために湿潤する目的で、数分の課程で約10回のサイクルで0.2~-0.5Vの間で電位サイクルを行った。電位サイクルによって、Ptを含んでなる電極のHORおよびHER電流は約2倍に増加した。これは、追加的なサイクルによって、または1M硫酸中での追加時間後にはさらに増加することはなかった。図6は、気体プレナム中にH2を流して、1MH2SO4中で測定された活性化されたSWNT膜54μgスキャン速度5mV/秒に関する電気化学電池の過電圧の関数としての対数電流密度下の曲線を示す。比較のために、SWNT膜を、Pt担持0.5mg/cm2、250μgのPtが電解質に暴露されるの市販の気体拡散電極ELATHT140EW,TheFuelCellStoreに置き換えて、そして白金化された微孔性層が電解質に面するようにして、測定値を同様の条件で記録した上の曲線。活性化されたSWNT電極は、0過電圧でHERからHORへの変化を示し、Pt担持GDEでも同様であった。これによって、活性化されたSWNT上での反応開始のための低い過電圧が確証される。-200mVの過電圧において、SWNTのHER電流は、注目に値する30mA/cm2であり、対して、Pt担持GDEでは86mA/cm2である。この過電圧において、SWNTの比質量基準活性は278A/gであり、これは、これらの条件でPt担持電極に対して決定された172A/gを上回る。200mVの水素酸化電流は、SWNT膜では7mA/cm2で、わずかに目立つのみであるが、同条件で168A/gのPt電極の比活性と比較して、65A/gの比活性を有する。市販のPt電極は、その3相界面触媒-電解質-気体を最大にするために高度に設計されているが、対照的に、酸活性化SWNT膜は、その活性を向上させるために変性されなかった。これらの条件でのSWNTは、小さいチャネルで曲がりくねった経路small-channeltortuous-pathの多孔度を有する親水性のコンパクトな膜である傾向がある。HOR反応に関して、コンパクトさおよび疎水性によって、SWNT膜の厚さの比較的ほとんどを接近可能にさせず、これは酸中で比較的低溶解度の水素と組み合わせられる時に、これらの結果を非常に目覚しいものにする。したがって、改善された多孔度および疎水性を有するより設計された膜または担体は、さらに目覚ましい活性を生じる。同様に、膜細孔上および膜細孔内で捕獲されたH2気泡は、より高い活性のために設計することができるSWNT膜の領域をブロックする傾向がある。これは、27μgの酸活性化SWNT層を1400rpmで回転させて、422A/gに相当する58mA/cmの-200mV対NHEでのHER電流に達するRRDEを使用する図7に示すデータと一致している。図2で使用される固定電極を使用して実行される測定の278A/gの比活性より大きい改善は、電極領域をふさぐ水素を回避する回転による水素気泡の容易な除去から得られる。比較のために、-200mV200mVで、ニッケルビスジホスフィン触媒LeGoffら,Science,2009,326,1384-1387では、60μg/cm2の触媒に対して約1.3mA/cm20.9mA/cmの水素発生酸化電流を示し、22A/g15A/gの比活性が得られる。非晶質硫化モリブデン膜Merkiら,Chem.Sci.2011,2,1262-1267では、開示されるHER電流密度は、-200mVで、非貴金属触媒に関して報告される最高のものの中で14mA/cmを示すことが示される。これは、本発明の一実施形態によるSWNT膜のSWNTのHER活性より約2倍低い。図8で示すように、測定は10時間かけて実行され、高い活性が、それぞれ、300および-300mVでSWNTのHORおよびHERに関する測定の期間にわたって保持されることが実証される。図8で観察されるHOR活性に関する明白な低速の消失は、その後HOR活性がその初期値に戻る電流の中断によって示されるように、SWNT膜中で生じたプロトンの閉じ込め効果と一致する。膜は、pH7水からの水素製造のために有用である。図9は、pH7.2リン酸緩衝液0.6Mを使用する酸活性化SWNT膜上およびPt担持GDE下のCVのHER曲線を示す。図9中、破線の垂直線によって示される電極に対してHERが開始する点の評価を補助するために、実線の接線が引かれている。これは、Pt担持電極に関しては約420mVで、そして活性化SWNT膜に関しては約490mVで生じ、開始に関する過電圧は約70mVのみで著しく低い。SWNT膜は、1Vの過電圧で22mA/cm2のHER電流を示す。市販のPt電極に対するスキャンの前方向および逆方向部分のより大きな分離は、比較的コンパクトなSWNT膜と比較して、市販の電極のより大きい表面積による、より大きな非ファラデー容量電荷を反映する。図10で示すように、3MのpH6.4緩衝液中でのSWNTに対するHERは、30mVのみの過電圧で開始を示し、そして1Vの過電圧で38mA/cm2のHER電流を生じる。攪拌によって濃度分極化による効果を低下させるが、より高い塩濃度が電池のIR低下を低下させるので、0.6MのpH7.2の緩衝液と比較して、より低い開始ポテンシャルが生じる。より高い電流でのノイズ増加は、攪拌を停止した時にノイズが止まるため、膜表面で形成する気泡の定期的な妨害と一致する。より高い電流経路への転換は、膜表面から引き離されている大きな気泡に相当する。下記の表1に、本発明の一実施形態によるSWNT触媒に対して、中性付近のpHでの反応開始のための過電圧、および所与の過電圧での電流密度と、最良の非貴金属触媒のための報告された値とを比較する。最初に中性付近で、非緩衝1MKCl溶液中でのpH変化の別の測定によって、100ファラデー効率による水素発生を確認した。図11は、時間正方形に対するpHの測定された変化および相当する測定された電荷挿入図に基づく算出されたpH三角形を示す。これによって、各電子対は、1個の水素分子とpHを高める水酸化物イオンの発生に相当することが仮定される。濾過された大西洋海水添加剤なしからの水素発生を図12にプロットする。活性化されたSWNT電極は不純物に耐性があり、丈夫であることを実証する。精製されたSWNT材料の透過電子顕微鏡法TEM像は、SWNT合成のための成長触媒として使用されるニッケルおよびコバルト金属の時折の不透明な粒子特徴を示す。金属の量は、実行されたXPS測定の検出限界0.1原子未満である。そのうえ、Pourbaix図Beverskogら,Corros.Sci,1997,39,969-980およびPowellら,J.Chem.Educ.,1987,64,165-167によって、これらの金属は、金属表面が触媒部位として接近不可能にさせるブッキー-オニオンbucky-onionに包埋される場合、SWNT精製HNO3還流、H2SO4酸曝露、および試験条件を存続することができるのみであることが示される。従来の金属は観察された活性の原因となる決定的実証は、活性化されたSWNTに対するHOR活性の一酸化炭素感度が示される図13に示される。1MH2SO4中、Pt担持GDEに対する50mV過電圧での初期電流に標準化されたHOR電流は、気体プレナムを通して流れる水素への500ppmのCOの添加における汚染を示し、CO流を終了させ、100のH2供給を回復した後にも電極は不活性のままである。酸活性化SWNT膜は、非常に高いCO濃度で不活性化を示すが、CO流を終了して、100のH2供給を回復した後、HOR活性は即座に回復し始める。全ての従来の金属触媒は、CO曝露によって不活性となった。硫酸は、SWNT束の既知の自然発生的なインターカラントである。挿入が活性向上に関連するかどうか試験するため、1MHNO3および1MHCl中での試料の活性化を試みた。前者は、sp2結合炭素の既知の電荷移動インターカラントであるが、後者は異なった。図14で示すように、酸曝露および低電圧サイクルによって、HClではHER電流のわずかな増加のみが生じたが、HNO3中での活性化はH2SO4におけるものに匹敵した。より高濃度のHNO36Mおよび16Mへの曝露によって、活性化速度は非常に促進された。SWNTを16MHNO3に8時間暴露し、そしてサイクルのために1MHNO3中に移し、測定によって1M酸中8時間以内に任意の所与の電圧に対して飽和HER電流に達した。酸活性化SWNT試料および非活性化SWNT試料のラマンスペクトルを図15に示す。スペクトルを、532nm励起および1mW電力を使用して、RenishawRamascope1000で記録した。サイクルの間に酸に曝露された、oリングに囲まれた領域活性化領域内の膜の異なる位置で4つのスペクトルを記録し、そしてoリングによって画定される領域の十分外側非活性化領域で、4つのスペクトルを異なる位置で記録した。活性化された領域からのスペクトルにおいて、一貫したピークのシフトアップおよび低下するD/Gバンド比の他に、活性化された領域のスペクトルは一貫して強度が約1.6倍低く、電荷移動挿入時の部分的な基底状態減少によって低下する共鳴ラマン強度は実際的な電子遷移速度に依存することから、挿入のさらなる証拠を提示している。2つの領域のスペクトル間の一貫した差異を考えると、各領域に一般的な4つのスペクトルを合計して、同g-バンドピーク強度に標準化した。図15に示される結果が得られる。ラマンスペクトルは2.6cm-1のGバンドでシフトアップを示しており、これは、活性化における適度な挿入度に一致する。これらの試料のD/Gバンド比は、スペクトルが同Gバンドピーク強度に標準化された図15のDバンドの相対的な強度から明白であるように、活性化された試料における比率のわずかな減少を示す。このラマンスペクトルの証拠は、活性化は欠陥を誘導しないか、またはナノチューブ側壁の化学的機能化をもたらさないことを強く示す。酸処理は、既存のナノチューブ端部および欠陥に化学作用を生じ得るが、SWNT膜にあるナノチューブ末端よりも体積あたりはるかに多くの端部位を含有する微結晶黒鉛炭素膜に対して観察される活性がSWNT膜に関して観察されるものを超過しないため、活性は欠陥を条件とするようではない。SWNT膜を、両側壁開口部および第2の気体プレナムカバーを使用する電気化学電池を使用して、二極モードの水素空気燃料電池構造において水素酸化アノードとして試験した。上記で開示されたPTFE膜上の厚さ1.5μmのSWNT膜を一方の側壁開口部上に置き、そして空気カソードを第2の側壁開口部上に置いた。空気カソードは、Nafion溶液が塗布され、その後、Nafion212膜の片面に接着されたPt1.0mg/cm2担持気体拡散電極による半膜電極アセンブリMEAからなった。Nafion膜は、電池中で1M硫酸電解質と接触し、燃料電池から低電流が生じる時に電池の高いインピーダンス負荷下で試験の間に生じ得る状態である2つの電極によって生じる任意の未反応気体の交差混合に対する障壁として機能する。SWNT膜アノードには、低い流速でその関連するプレナムを通ってH2気体流が供給されるが、MEAは、そのプレナムに対する取付け部品を周囲の環境に開放したままにすることによって、空気に単に暴露された。アノードは、可変レジスターによってカソードに連結された。抵抗が低下した時、抵抗器を横切る電圧および回路を通る電流を監視した。図16は、監視された電圧および抵抗から構成される、得られた分極曲線を示す。他のsp2炭素を含んでなる物体の活性を試験するために、X線モノクロメーター結晶UnionCarbide,Ohioの製造から高品質低モザイクスプレッドHOPGのランダムカットを使用して、高配向熱分解グラファイトHOPGを検査した。その上、1ppmのSi、ならびに<1ppmのAl、Ca、B、FeおよびMgであることが報告されている不純物を有するBayCarbonからの試料グレードST-21によって、微結晶黒鉛ロッドを検査した。5.8cm2の基面面積および0.23mmの厚さを有する1片の高配向熱分解グラファイトに対する1M硝酸中の時間の関数としての電位に対するHER電流の発生を図17に示す。pH6.3リン酸緩衝液3M中の活性化HOPG試料のHER発生電流を図18に示す。意外なことに、開始過電圧E0は、このpHでの反応に関しては、ほぼ0である。図19は、直径3.18mmのグラファイト電極ロッドに対する1M硝酸中の時間の関数としての電位に対するHER電流の発生を示す。本明細書に参照または引用される全ての特許、特許出願、仮特許出願および刊行物は、全ての図および表を含めて、それらが本明細書の明白な教示に相反しない範囲まで参照により全体が援用される。本明細書に記載される実施例および実施形態は、例示的な目的のためだけであり、それらを踏まえての様々な修正形態または変更形態が当業者によって提案されること、かつ本出願の精神および範囲内に含まれることは理解されるべきである。"