京大、パラジウム金属ナノ結晶を制御し水素の吸蔵速度を変えることに成功

京都大学は7月14日、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たと発表した。

同成果は、同大大学院 理学研究科の北川宏教授らによるもの。詳細は、英国科学雑誌「Nature Materials」、および米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」のオンライン版に掲載された。

パラジウム(Pd)は面心立方格子(fcc)構造を有する白金族元素の1つである。Pdは水素化反応触媒や自動車の排気ガス浄化用の触媒(三元触媒)など、様々な触媒として使われている。さらに、燃料電池の電極触媒としても使用されている有用な元素である。一方で、Pdは自身の約1000倍の体積の水素を吸蔵することができ、水素吸蔵金属や水素分離膜としても実用化研究が盛んに行われている。現在、Pdのさらなる性能向上のために、異種金属を混ぜて合金化する手法が用いられている。

今回、研究グループは、形状制御したPdナノ結晶を作製することにより、Pd結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た。さらに、Pdナノ結晶の表面を有機配位子と金属イオンからなる多孔性金属錯体(MOF)で被覆することにより、水素吸蔵量が被覆していないPdナノ結晶に比べて2倍になると同時に、水素の吸蔵/放出速度も2倍になることを発見した。そして、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た。同材料は、水素の貯蔵材や分離膜、燃料電池の電極触媒の他、高効率な水素化反応触媒として大いに期待される。また、今回の成果は、ナノ結晶表面の構造制御やMOF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、今後、様々な金属とMOFとの組み合わせにより、革新的な材料が創製されることが期待されるとコメントしている。