金属への水素侵入および吸蔵機構原子過程に関する研究

氢渗透金属的原子过程和吸收机制研究

• 批准号: 12J09548
• 负责人: 大野 哲
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J09548/
• 关键词: 水素吸蔵合金; サブサーフェイス水素; 共吸着; 共鳴核反応法; 水素化触媒反応; サブサーフェス; 金属水素化物; 表面水素

水素の貯蔵は来たるべき水素社会における要素技術であり、金属への固溶はその一つの方法として期待されている。吸収された水素が一所に集まり水素化物が析出すると金属は脆化する。特に表面直下のサブサーフェイスはHにとって安定なサイトであるため、この領域への水素堆積による脆化が懸念されている。また、不純物COの吸着はH2吸放出を減速させることが知られている。当該年度、本研究ではPd (110)表面に共吸着したCOがH2の吸放出を抑制する原子機構およびPd内部での水素濃度分布を検討した。結果として、COによる抑制効果は、その被覆率に応じて3つの異なる様式が存在することが明らかとなった。まず被覆率0.25ML以下の低被覆域では、迅速なH2吸放出サイトであるPd表面の欠陥サイトへCOが選択的に吸着することによるサイト・ブロッキングが起きる。次に0.6ML程度までの中被覆域では、CO吸着サイト付近で水素誘起のPd (110)表面再構成が解け、同面の特徴である平坦なテラスサイトからの水素吸放出が局所的に抑制されていく。最後に0.6ML以上の高被覆域では、CO誘起の表面再構成が起こり、改めてテラスサイトからH2の吸放出が行われるようになる。共鳴核反応法を用いたPd表面下での水素濃度分布測定から、吸収された水素は190Kを境界として、これ以下の温度ではサブサーフェイス付近に蓄積し、これ以上の温度ではバルクへ広く拡散していくことが分かった。CO被覆域の増加に伴う上記3つの変化を通して、Pdに吸収されたHの脱離温度は高温へシフトし、最終的には室温を大きく超過して380Kにおいて脱離するようになる。これはPd内部への水素貯蔵に冷却の必要が無くなったことを意味し、貯蔵コスト削減に繋がる重要な発見である。またこの温度領域ではHがサブサーフェイスに堆積しないため、吸蔵合金の高寿命が期待できる。

储氢是未来氢社会的一项基本技术，金属固溶有望成为其中之一。当吸收的氢聚集在一处并析出氢化物时，金属就会变脆。特别是，由于表面正下方的次表面是H的稳定部位，因此担心该区域会因氢析出而发生脆化。还已知杂质CO的吸附会减慢H2的吸收和释放。今年，该研究研究了CO共吸附在Pd（110）表面抑制H2吸附和释放的原子机制以及Pd内部的氢浓度分布。结果表明，CO 的抑制效果根据其覆盖范围以三种不同的模式存在。首先，在0.25ML以下的低覆盖率区域，由于CO选择性吸附到Pd表面的缺陷位点（快速吸收和释放H2的位点）而发生位点阻塞。接下来，在高达约0.6 ML的中等覆盖区域中，氢诱导的Pd（110）表面重组在CO吸附位点附近解决，并且氢从平坦平台位点吸收和解吸，这是同一表面的特征，将被局部抑制。最后，在0.6 ML或以上的高覆盖区域，发生CO引起的表面重组，并且H2从阶地位点的吸收和释放再次开始。使用共振核反应方法​​测量 Pd 表面下的氢浓度分布表明，在低于 190K 的温度下，吸收的氢会在地下聚集，并在高于此温度时广泛扩散到主体中。通过上述与CO覆盖面积增加相关的三个变化，Pd吸收的H的解吸温度向更高的温度转变，最终达到380 K的温度，大大超过室温。这意味着无需冷却即可将氢存储在Pd内部，这是一项重要发现，将导致存储成本降低。此外，在此温度范围内，H不会积聚在地下，因此储能合金有望具有较长的寿命。

项目成果

Pd(110)でのシス-2-ブテン水素化触媒反応

Pd(110)催化顺式2-丁烯加氢反应

• 发表时间: 2012
• 作者: 福谷克之; 大野哲; Markus Wilde
• 通讯作者: Markus Wilde

Novel insight into the hydrogen absorption mechanismat the Pd (110) surface

对 Pd（110）表面吸氢机制的新见解

• DOI: 10.1063/1.4869544
• 发表时间: 2014
• 作者: 大野哲; Markus Wilde; 福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

Novel Insight into the Microscopic Mechanism of Hydrogen Absorption at Palladium Single Crystal Surfaces

对钯单晶表面吸氢微观机制的新见解

• 发表时间: 2013
• 作者: Markus Wilde; 大野哲; 福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

TDS peak assignment of H/Pd (110) using hydrogen depth profilingby NRA

NRA 使用氢深度分析对 H/Pd (110) 进行 TDS 峰分配

• 发表时间: 2013
• 作者: Markus Wilde; 大野哲; 福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

REMPIとTDSを用いたパラジウム表面における水素の脱離の解析

使用 REMPI 和 TDS 分析钯表面的氢解吸

• 发表时间: 2013
• 作者: 宮尾幸太郎; 大野哲; Markus Wilde; 福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之