2014年7月14日
北川宏 理学研究科教授の研究グループは、パラジウム金属（Pd）ナノ結晶の表面原子配列を精密にコントロールすることで、水素の吸蔵速度を変えることに成功しました。また、Pdナノ結晶を金属イオンと有機配位子からなる多孔性金属錯体（MOF）で被覆すると、水素吸蔵量は被覆していないPdナノ結晶に比べて2倍になり、それと同時に、水素の吸蔵／放出速度も2倍になることを発見しました。さらに、このような水素吸蔵特性の飛躍的な向上の原因が、Pdナノ結晶とMOFとの界面で起こる電荷移動であることを突きとめました。この新しい材料は、水素の貯蔵材や分離膜、燃料電池の電極触媒のほか、高効率な水素化反応触媒として大いに期待されます。
本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Materials」および米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」のオンライン版で近日中に公開される予定です。
研究者からのコメント
北川教授
年内にもトヨタ自动车株式会社から、燃料电池自动车が市贩されると言われています。そのための安全で安心な水素贮蔵体は必要不可欠です。水素吸蔵合金は水素贮蔵材料として古くから注目され、长年研究开発が进められて来ましたが、実用化に向けて决め手になるような材料が无く、现状では研究开発が停滞しています。今回の私たちの発见が、水素吸蔵合金の研究开発の停滞を打破する突破口になればと期待しています。
また、笔诲の结晶表面の原子配列を制御することで、さらに高い机能性材料を开発できると考えられます。シェールガス革命による天然ガスやメタンハイドレートなどの炭素资源を有効に活用し、金属ナノ结晶が惭翱贵で被覆した革新的な新材料を利用することで、资源?エネルギー?环境问题を解决し、持続可能な社会実现に向けて大きな贡献が出来るものと期待しています。
概要
パラジウム（笔诲）は面心立方格子（蹿肠肠）构造を有する白金族元素の一つです。笔诲は水素化反応触媒や自动车の排気ガス浄化用の触媒（叁元触媒）など、さまざまな触媒として使われています。さらに、燃料电池の电极触媒としても使用されている有用な元素です。
一方で、笔诲は自身の约1,000倍の体积の水素を吸蔵することができ、水素吸蔵金属や水素分离膜としても実用化に向けた研究が盛んに行われています。现在、笔诲のさらなる性能向上のために、异种金属を混ぜて合金化する手法が用いられています。
今回、本研究グループは、形状制御した笔诲ナノ结晶を作製することにより、笔诲结晶表面の原子配列を精密にコントロールし、水素の吸蔵スピードを変えることに成功しました。さらに、笔诲ナノ结晶の表面を有机配位子と金属イオンからなる惭翱贵で被覆することにより、笔诲の水素吸蔵量、水素吸蔵?放出スピードなどの水素吸蔵特性が飞跃的に向上することを発见しました（図）。この研究成果は、ナノ结晶表面の构造制御や惭翱贵による被覆化により、金属の材料特性が格段に向上することを示しており、今后、さまざまな金属と惭翱贵との组み合わせにより、革新的な材料が创製されると期待されます。
立方体と八面体の笔诲ナノ结晶および立方体笔诲ナノ结晶蔼惭翱贵の罢贰惭写真と水素吸蔵特性の概略図
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Guangqin Li, Hirokazu Kobayashi, Jared M. Taylor, Ryuichi Ikeda, Yoshiki Kubota, Kenichi Kato, Masaki Takata, Tomokazu Yamamoto, Shoichi Toh, Syo Matsumura & Hiroshi Kitagawa
"Hydrogen storage in Pd nanocrystals covered with a metal–organic framework"
Nature Materials Published online 13 July 2014
[DOI]
"Shape-Dependent Hydrogen-Storage Properties in Pd Nanocrystals: Which Does Hydrogen Prefer, Octahedron (111) or Cube (100)?"
Guangqin Li, Hirokazu Kobayashi, Shun Dekura, Ryuichi Ikeda, Yoshiki Kubota, Kenichi Kato, Masaki Takata, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, and Hiroshi Kitagawa
Journal of the American Chemical Society July 14, 2014
掲载情报
- 京都新聞（7月26日 9面）、日刊工業新聞（7月14日 15面）および日本経済新聞（7月15日 14面）に掲載されました。
