新しい液相窒素系水素貯蔵材料の研究

高い水素含有量を持ち、燃料電池用水素源として高い可能性を持つ液相窒素系水素化物であるヒドラジン水和物に注目し、ヒドラジン水和物の触媒による選択的完全分解反応で、温和な温度において、NaOH水溶液で合成した白金とニッケル(PtNi)の高分散合金ナノ粒子触媒を用いた場合、高い効率で水素ガスを発生させることができることを見出した。NaOH水溶液中では、界面活性剤などの保護剤を用いることなく、白金とニッケル(PtNi)の高分散合金ナノ粒子を合成した。PtNi二成分合金ナノ粒子触媒の組成を調節して、触媒活性・水素生成選択性評価を行ったところ、100%水素選択率を示す組成領域を明らかにした。さらに、NaOH水溶液で合成した、界面活性剤を持たない高分散PtNi合金ナノ粒子触媒は、通常の水溶液で界面活性剤を用いて合成したPtNi合金ナノ粒子触媒よりも高い触媒活性を示すことが明らかになった。放出ガスの体積測定から、ヒドラジンの完全分解反応H2NNH2→N2+2H2が選択的に進行していることが確認された。TEM観察により、界面活性剤を持たないにもかかわらずPtNiの平均粒径は約2.4nmと小さく、高分散状態にあることが明らかになった。XPS測定により、PtNi二成分合金ナノ粒子となっていることがわかった。この合金ナノ粒子が高活性・高選択性を有することは、触媒表面に両成分とも存在し、完全分解・水素生成に有利なヒドラジン結合活性化に寄与していることを示している。また、NaOH溶液中において、PtNiの水酸化物ナノ粒子を経由し、且つOH一基がナノ粒子の保護剤の役割を果たして、高分散の超微細PtNi合金ナノ粒子が形成されていることが示唆された。ヒドラジン水和物は、液体であるため移動型燃料タンクへの充填が容易であり、既存の液体燃料用供給・貯蔵インフラ設備が利用可能という大きなメリットを有する。さらに完全分解によって水素と窒素に分解するため、生成物回収・再生が不要である。

高い水素含有量を持ち、燃料電池用水素源として高い可能性を持つ液相窒素系水素化物であるヒドラジン水和物に注目し、ヒドラジン水和物の触媒による選択的完全分解反応で、温和な温度において、NaOH水溶液で合成した白金とニッケル(PtNi)の高分散合金ナノ粒子触媒を用いた場合、高い効率で水素ガスを発生させることができることを見出した。NaOH水溶液中では、界面活性剤などの保護剤を用いることなく、白金とニッケル(PtNi)の高分散合金ナノ粒子を合成した。PtNi二成分合金ナノ粒子触媒の組成を調節して、触媒活性・水素生成選択性評価を行ったところ、100%水素選択率を示す組成領域を明らかにした。さらに、NaOH水溶液で合成した、界面活性剤を持たない高分散PtNi合金ナノ粒子触媒は、通常の水溶液で界面活性剤を用いて合成したPtNi合金ナノ粒子触媒よりも高い触媒活性を示すことが明らかになった。放出ガスの体積測定から、ヒドラジンの完全分解反応H2NNH2→N2+2H2が選択的に進行していることが確認された。TEM観察により、界面活性剤を持たないにもかかわらずPtNiの平均粒径は約2.4nmと小さく、高分散状態にあることが明らかになった。XPS測定により、PtNi二成分合金ナノ粒子となっていることがわかった。この合金ナノ粒子が高活性・高選択性を有することは、触媒表面に両成分とも存在し、完全分解・水素生成に有利なヒドラジン結合活性化に寄与していることを示している。また、NaOH溶液中において、PtNiの水酸化物ナノ粒子を経由し、且つOH一基がナノ粒子の保護剤の役割を果たして、高分散の超微細PtNi合金ナノ粒子が形成されていることが示唆された。ヒドラジン水和物は、液体であるため移動型燃料タンクへの充填が容易であり、既存の液体燃料用供給・貯蔵インフラ設備が利用可能という大きなメリットを有する。さらに完全分解によって水素と窒素に分解するため、生成物回収・再生が不要である。