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金属ナノ粒子を用いた高い水素吸放出特性を有する新奇材料の開発

利用金属纳米粒子开发具有高吸氢和解吸性能的新型材料

基本信息

批准号：
11J06237
负责人：
小川智史
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06237/
关键词：
Mg-Pdナノ粒子水素吸蔵材料 XAFS ナノ粒子 Mgナノ粒子大気酸化 Mg K-edge XAFS in-situ XAFS

项目摘要

本研究では、Mgナノ粒子を母材とした新奇水素吸蔵材料の作製と、その水素吸放出特性および化学状態分析による、実応用可能な材料開発を目的として行った。ガス中蒸発法を用いてMgと触媒金属であるPdで構成されたナノ粒子(Mg-Pdナノ粒子)を作製し、その表面化学状態分析をX線光電子分光法(XPS)によって行った結果、Mg-Pd合金相が形成されていることが明らかになった。Mg-Pdナノ粒子表面をフッ素樹脂で被覆し、耐酸化性を向上させた後にPd K端における広域X線吸収微細構造(Pd K-edge EXAFS)分析を行ったところ、このMg-Pd合金相はMg-PdおよびMg_6Pdが混在している状態であると同定された。水素吸放出時における化学状態変化を調べるためにin-situ条件でのPdL_3吸収端近傍X線吸収微細構造(Pd L_3-edge NEXAFS)分析を行った。その結果、水素雰囲気下においてはMg-Pdナノ粒子中のPd相が速やかに水素化するが、Heガス雰囲気下においてその脱水素化はほとんど確認されず、水素が放出されないことが明らかとなった。この結果はあらかじめ水晶振動子微量天秤(QCM)によって測定されていた水素吸放出特性と一致している。この原因として、Pd表面が水素透過性の極めて低いMg水素化物(MgH_2)によって被覆されてしまったことが考えられる。水素放出可能な材料開発の指針として、Pd相とMg相を完全に相分離させることで、Pd表面のMgH_2による被覆を防ぐことが本研究から提案することができた。

This study is aimed at the preparation of novel water-absorbing materials, their water-absorbing and releasing characteristics and chemical state analysis, and the development of practical materials. The composition of Mg-Pd alloy phase was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Mg-Pd alloy phase is mixed with Mg-Pd alloy phase and Mg_6Pd alloy phase is mixed with Mg-Pd alloy phase. PdL_3-edge NEXAFS analysis was carried out under in-situ conditions for the chemical state change of water absorption and desorption. As a result, the Pd phase in Mg-Pd particles is rapidly converted into water, and the water phase in Mg-Pd particles is converted into water. The results show that the absorption and emission characteristics of water in crystal oscillator microscale (QCM) are consistent. The reason for this is that Pd surface is very permeable to water, and Mg hydrate (MgH_2) is coated with Pd. This paper presents a proposal for the complete phase separation of Pd and Mg phases due to the evolution of water.