高密度に水素を吸蔵する合金ナノ粒子の創製

创建高密度吸收氢的合金纳米颗粒

基本信息

批准号：
17750056
负责人：
山内美穂
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

金属の原子間に存在する小さな"隙間"空間は金属-水素の化学的な相互作用によって水素原子のポテンシャルを大きく減少させるため、大きなエネルギーを有する水素を常温常圧で貯蔵することが可能である。金属は直径数十nmのナノ粒子になるとバルクにはない特異な性質を示すことが知られている。金属ナノ粒子に水素圧力を印加すると、バルクでは高温あるいは高水素圧力下でしか観測されない構造がナノ粒子では出現し、水素吸蔵能が変化する可能性がある。申請者らは高密度水素吸蔵特性の発現を目指して、Pdをコア、PtをシェルとするPd/Ptコア・シェル型ナノ粒子の水素吸蔵特性に関する研究を行ってきた。その結果、Pd/Ptコア・シェル型ナノ粒子はコアのPdナノ粒子よりも多量に水素吸蔵することが明らかとなった。本年度は、Pd/Ptコア・シェル型ナノ粒子の水素圧力下in situ粉末X線回折測定を行い、Pd/Ptナノ粒子の構造変化過程からその水素吸蔵メカニズムを解明することを目的とした。作製したPd/Ptナノ粒子のTEM写真からコア部分のPdナノ粒子に1,2および4原子層程度のPtシェルに被覆されたPd/Ptナノ粒子が得られたことがわかった。1層の試料について、水素加圧下におけるin situ実験を行った。303Kの定温で水素の一気圧までの加圧および減圧の過程では、回折パターンにはほとんど変化が観られなかった。一方、373Kに昇温して水素の加減圧すると、コア部に用いたPdナノ粒子とは異なる回折パターンが得られ、Ptが1層のみのコア・シェル型ナノ粒子において、水素に誘起されるPd/Ptナノ粒子特有の構造の変化が生じることが確認された。Pd/Ptナノ粒子の水素吸蔵特性の変化はこのような構造変化と関係があり、Pdナノ粒子の水素に対する親和性はPtシェルにより大きく変化すると考えられる。

金属原子之间存在的微小“间隙”空间，由于金属-氢化学相互作用而大大降低了氢原子的电势，使得在室温和压力下储存具有大量能量的氢成为可能。众所周知，当金属变成直径为几十纳米的纳米颗粒时，它们会表现出本体中不存在的独特性质。当氢气压力施加到金属纳米颗粒上时，纳米颗粒中会出现仅在高温或高氢气压力下才能在本体中观察到的结构，这可能会改变其储氢能力。申请人一直在对具有Pd核和Pt壳的Pd/Pt核壳型纳米颗粒的储氢性能进行研究，旨在开发高密度储氢性能。结果表明，Pd/Pt 核壳纳米粒子比核 Pd 纳米粒子吸收更多的氢。今年，我们对Pd/Pt核壳型纳米粒子在氢气压力下进行了原位粉末X射线衍射测量，旨在从Pd/Pt纳米粒子的结构变化过程中阐明吸氢机制。所制备的 Pd/Pt 纳米粒子的 TEM 照片显示，Pd/Pt 纳米粒子具有核心 Pd 纳米粒子，并覆盖有约 1、2 和 4 个原子层的 Pt 壳。在氢气压力下对单层样品进行原位实验。在303K恒温下将氢气加压和减压到1个大气压的过程中，衍射图几乎没有观察到变化。另一方面，当温度升至373K并增加和减少氢气压力时，获得了与用于核的Pd纳米粒子不同的衍射图案，并且在仅具有一个的核-壳型纳米粒子中Pt 层中，衍射图案是由氢引起的，证实发生了 Pd/Pt 纳米颗粒特有的结构变化。 Pd/Pt纳米粒子的储氢性能的变化与这种结构变化有关，并且认为Pd纳米粒子对氢的亲和力根据Pt壳而发生很大变化。