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

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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。