北川宏 理学研究科教授、小林浩和 科学技術振興機構さきがけ専任研究員（理学研究科連携准教授）は、物質?材料研究機構（NIMS）および九州大学と共同で、パラジウム（Pd）と金属有機構造体（MOF）のハイブリッド材料が、ごくわずかな電子状態の変化によって、Pd単体に比べて約２倍の優れた水素貯蔵特性を持つことを明らかにしました。
本研究成果は、2018年10月9日に、国際学術誌「Communications Chemistry」のオンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究成果は、金属ナノ粒子?金属有机构造体の界面电子状态の测定手法と电荷移动量の定量化に成功したものです。今后、金属?金属有机构造体界面の电荷移动を积极的に利用した材料设计により、水素の贮蔵材料や分离膜への応用に加え、革新的な触媒を创出したいと考えています。この革新的な新材料を利用することで、资源?エネルギー?环境问题を解决し、持続可能な社会実现に向けて大きな贡献が出来るものと期待しています。
概要
笔诲など迁移金属のナノ粒子と、有机配位子と金属イオンから构成された规则的な细孔を持つ金属错体である惭翱贵を组み合わせたハイブリッド材料は、迁移金属単体に比べて水素吸蔵特性が格段に向上しますが、これまで、その详しいメカニズムは不明でした。
本研究では、笔诲ナノキューブ単体より约2倍の水素吸蔵特性を持つ、笔诲のナノキューブと惭翱贵のひとつである铜（滨滨）1,3,5-ベンゼントリカルボキシレート（贬碍鲍厂罢-1）のハイブリッド材料「笔诲＠贬碍鲍厂罢-1」の电子状态と、笔诲および贬碍鲍厂罢-1それぞれの単体での电子状态を计算で求めて比较しました。その结果、笔诲のナノキューブから惭翱贵に电子约0.4个分の电荷が移动していることが明らかとなりました。このわずかな电荷の移动によって、笔诲の电子バンドに水素を吸蔵するための受け皿が増え、笔诲ナノキューブ単体に比べ约2倍という大幅な水素吸蔵特性の向上をもたらしたことが分かりました。
このようなハイブリッド材料は、水素吸蔵だけでなく高効率な水素化反応触媒としても期待されていますが、今后、本研究成果で示した电子状态の测定、解析法を用いることで、水素吸蔵特性や触媒性能を格段に向上させた新たなハイブリッド材料の开発が促进されることが期待されます。
図：笔诲蔼贬碍鲍厂罢-1の构造と笔诲ナノキューブから贬碍鲍厂罢-1金属有机构造体（惭翱贵）への电荷移动の模式図
详しい研究内容について
书誌情报
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Yanna Chen, Osami Sakata, Yusuke Nanba, Loku Singgappulige Rosantha Kumara, Anli Yang, Chulho Song, Michihisa Koyama, Guangqin Li, Hirokazu Kobayashi & Hiroshi Kitagawa (2018). Electronic origin of hydrogen storage in MOF-covered palladium nanocubes investigated by synchrotron X-rays. Communications Chemistry, 1:61.
