Hydrogen absorption mechanism of aluminum-transition metal alloys from air

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申請者らは2020年にマグネトロンスパッタ法で作製したアルミニウム-鉄(Al-Fe)合金薄膜が、成膜後に大気中に取り出すだけで約1重量%の水素を吸蔵すること、さらには、吸蔵された水素が常圧下での加熱により水素ガスとして取り出せることを発見した。Al-Fe合金は従来の水素科学の知見からは水素吸蔵しない材料に分類される。本発見は水素吸蔵しないと考えられていた合金の薄膜が、大気から水素を取り込み吸蔵し放出することを示したものである。Al-遷移金属(TM)薄膜の水素吸蔵は、薄膜が特異な微細組織を有するアモルファル構造をとる場合にのみ実現する。本課題ではAl-FeをはじめとするAl-TM薄膜の水素吸蔵メカニズムの解明をめざす。具体的には、①大気から水素を取り込むメカニズム②薄膜中の水素の安定化機構③アモルファス構造と水素吸蔵能の関係を調べる。水素科学の定石を覆す成果となり、新規創エネルギーデバイスの実現、水素貯蔵の低コスト化につながると期待する。令和4年度には本研究に必要な超高真空チャンバーの立ち上げを主に実施した。目的とするAl-Fe合金薄膜が超高真空中で成膜可能であることを確認した。また、常圧水素吸蔵のポイントとなる微細構造を有していることもSEMおよびTEM観察により明らかにした。一方で、新たに導入した超高真空チャンバーで成膜した試料は、水素吸蔵量が少ないことも分かった。成膜条件がわずかに異なることによって微細構造が変化して、水素吸蔵量に影響を及ぼしている可能性が高いことが分かった。現在、成膜条件を最適化して水素吸蔵量の増加を図るとともに、どの様な微細構造の違いが水素吸蔵量に影響を及ぼしているのかを明らかにすることで、本研究課題の目的である常圧水素吸蔵メカニズムの解明につなげることを目指している。