高性能水素貯蔵システムの研究

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水素エネルギー社会の構築には、高効率水素貯蔵システムの確立が必要不可欠である。本研究では、温和な条件下で水素を効率よく貯蔵・放出できる高水素含有量を有する軽元素材料に着目し、高効率水素貯蔵システムの確立を目的としている。コア・シェルCu@M(M=Co,Fe,Ni)ナノ粒子(NPs)のシンプルな一段、in situ合成法を温和な条件下で開発した。本合成法はコア及びシェルを形成する金属イオンの還元電位の違いを利用し、さらに、アンモニアボラン(NH3BH3)を適度な還元力を有する還元剤として使用したことは重要なポイントとなっている。得られたCu@M(M=Co,Fe,Ni)ナノ粒子は、化学水素貯蔵材料として高い可能性を有するアンモニアボランの加水分解・水素放出反応の触媒として用いた。Cu1@M4は各種Cu/M比のすべての触媒の中で最も高い触媒活性を示し、Cu/M=1/4比は最適比であることを示す。Cux@Co5-x触媒の活性はCux@Fe5-x及びCux@Ni5-xよりも高く、Coナノ粒子がFeまたはNiのそれよりも、アンモニアボランの加水分解・水素放出反応における活性が高いことに起因する。さらに、強い還元剤であるNaBH4を用いて、従来法で単金属や合金ナノ粒子を合成した。Cu1M4合金ナノ粒子及びCu/Co/Fe/Ni単金属ナノ粒子はコア・シェルCu1@M4ナノ粒子と比べ、低い触媒活性を示し、コア・シェル構造でのCuとMとの金属間の相乗効果を示す。さらに、Cu@Mナノ粒子は磁性を持つため、外部磁石を用いることによってナノ粒子を溶液から簡単に分離することができるメリットを持つ。本触媒は、貴金属を含まないため、高効率水素貯蔵システムの実現に不可欠な高活性触媒の低コスト化に繋がるものである。