革新的水素機能性ナノ材料の創製及び分光学的手法を用いたメカニズムの解明

• Project/Area Number: 15J01605
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 出倉 駿 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: パラジウム / 水素吸蔵 / ナノ粒子 / 固体NMR / 合金

Outline of Annual Research Achievements

水素は重要な工業ガスとしてのみならず、環境調和型の理想的なエネルギー源としてますます注目されている。一方、金属ナノ粒子はその比表面積の大きさから、サイズ、形状、表面状態などのバルクには無い自由度を持っており、バルク金属にはない吸蔵サイトを有する他、水素分子が乖離して固体中に侵入し、結晶構造を変化させ特性を向上させるなど、新たな水素機能性材料として多大な注目を集めている。しかし、金属ナノ粒子の新奇な水素機能のメカニズムについては全く明らかになっておらず、最も有名な水素吸蔵金属であるパラジウム(Pd)でさえ不明な点が多い。本研究では、バルク及びナノサイズのPdにおける水素吸蔵メカニズムの解明を基盤とし、表面保護剤によるPdナノ粒子の水素吸蔵特性の制御と、新奇固溶合金ナノ粒子の合成・物性探索を通して、金属ナノ粒子のサイズ・形状・表面状態・組成がもたらす特異な水素吸蔵特性と、その電子状態を詳細に調べ、系統的に理解することを目的としている。これを実現する有力な手法として、水素圧力下in situ固体NMR測定の手法を用いることで、ナノ粒子に吸蔵された水素原子の化学状態や、それを通してナノ粒子自身の電子状態に関する情報が得られると期待される。
Pdは水素圧力の上昇とともにα相と呼ばれる水素固溶相からβ相と呼ばれる水素化物相に相転移する一方、先行研究においてPdナノ粒子はサイズの減少とともにα相の水素固溶度が増大することが報告されている。当該年度においては、バルクのパラジウムに固溶した水素がパラジウムと化学結合を形成している一方、その結合様式は局在した共有結合であり、多量に水素を吸蔵したβ相とは全く異なることを見出し、前年度までに報告しているPdナノ粒子の特異な水素吸蔵メカニズムを理解する礎を築いた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enhancement of Ionic Conductivity in Organic Ionic Plastic Crystals by Introducing Racemic Ammonium Ions (2018)
  • Author(s): Matsuki Masaya、Yamada Teppei、 Dekura Shun、Kitagawa Hiroshi、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47 Issue: 4 Pages: 497-499
  • DOI: 10.1246/cl.171181
  • NAID: 130006638930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonpolar-to-Polar Phase Transition of a Chiral Ionic Plastic Crystal and Switch of the Rotation Symmetry (2017)
  • Author(s): Matsuki Masaya、Yamada Teppei、Yasuda Nobuhiro、Dekura Shun、Kitagawa Hiroshi、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 140 Issue: 1 Pages: 291-297
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10249
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stacking fault density and bond orientational order of fcc ruthenium nanoparticles (2017)
  • Author(s): Okkyun Seo, Osami Sakata, Jae Myung Kim, Satoshi Hiroi, Chulho Song, L. S. R. Kumara, Koji Ohara, Shun Dekura, Kohei Kusada, Hirokazu Kobayashi, and Hiroshi Kitagawa
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 111 Issue: 25 Pages: 253101-253101
  • DOI: 10.1063/1.5006830
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] α相PdHxにおける特異な水素吸蔵状態 (2018)
  • Author(s): 出倉 駿、小林 浩和、前里 光彦、秋葉 宙、山室 修、李 相賢、萩原 雅人、鳥居 周輝、神山 崇、北川 宏
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Pd-H Chemical Bond in α-phase PdHx (2018)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Haruka Yoshino, Masaaki Ohba, Takayoshi Ishimoto, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Satoru Yoshioka, Syo Matsumura, Takeharu Sugiyama, Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: The 98th Annual Meeting of Chemical Society of Japan
• [Presentation] NMR studies on the hydrogen absorbed inside Pd nanoparticles (2017)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Loku Singgappulige Rosantha Kumara, Osami Sakata, Yoshiki Kubota, Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: 2nd Korea-Japan Joint Symposium on Hydrogen in Materials
  • Place of Presentation: Seongnam (Korea)
  • Year and Date: 2017-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Size Dependence of the State of Hydrogen Absorbed Inside Palladium (2017)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Loku Singgappulige Rosantha Kumara, Osami Sakata, Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: 日本化学会第97回春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川、2本）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Chemical Nature of Hydrogen in Bulk α-PdH(D)x (2017)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Haruka Yoshino, Masaaki Ohba, Takayoshi Ishimoto, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Satoru Yoshioka, Syo Matsumura, Takeharu Sugiyama, Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: 3rd Japan-Korea Joint Symposium on Hydrogen in Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] α相PdHxにおける固溶水素の状態 (2017)
  • Author(s): 出倉 駿、小林 浩和、池田 龍一、前里 光彦、Loku Singgappulige Rosantha Kumara、坂田 修身、北川 宏
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] Pdナノ結晶中の固溶水素の電子状態 (2017)
  • Author(s): 出倉 駿、小林 浩和、池田 龍一、前里 光彦、Loku Singgappulige Rosantha Kumara、坂田 修身、北川 宏
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] α-PdHx中のH－Pd相互作用におけるナノサイズ効果 (2017)
  • Author(s): 出倉 駿, 小林 浩和, 池田 龍一, 前里 光彦, L. S. R. Kumara, 坂田 修身, 北川 宏
  • Organizer: 京都大学物性科学センター第15回講演会・研究交流会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都、日本）
• [Presentation] In Situ NMR Observation of Hydrogen Adsorbed inside [Cu3(btc)2] under Ambient Condition (2016)
  • Author(s): S. Dekura, H. Kobayashi, G. Li, R. Ikeda, Y. Kubota, H. Kitagawa
  • Organizer: 42nd International Conference on Coordination Chemistry
  • Place of Presentation: Brest (France)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In Situ Solid-State NMR Studies on the Hydrogen Dissolved in Palladium under Hydrogen Gas Pressure (2016)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Yoshiki Kubota and Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: 2016 KYOTO-KAIST-NTHU Junior Chemist Symposium
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府・京都市)
  • Year and Date: 2016-02-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In situ solid-state NMR studies on the size dependency of hydrogen storage property of Pd nanoparticles under controlled hydrogen gas pressure (2015)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Yoshiki Kubota and Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: Pacifichem2015
  • Place of Presentation: Hawaii (USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In situ solid-state NMR studies on PdHx under controlled hydrogen gas pressure (2015)
  • Author(s): Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Yoshiki Kubota and Hiroshi Kitagawa
  • Organizer: 1st Japan-Korea Joint Symposium on Protonics and Related Materials
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府・京都市)
  • Year and Date: 2015-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pdに吸蔵された水素のダイナミクスにおけるナノサイズ効果 (2015)
  • Author(s): 出倉駿、小林浩和、池田龍一、前里光彦、久保田佳基、北川宏
  • Organizer: 第９回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都・目黒区)
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Pd中水素の吸蔵状態におけるナノサイズ効果 (2015)
  • Author(s): 出倉駿、小林浩和、池田龍一、前里光彦、久保田佳基、北川宏
  • Organizer: 第６６回コロイド及び界面化学討論会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県・鹿児島市)
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 水素圧力下in situ固体NMR測定によるPdナノ粒子の水素吸蔵状態のサイズ依存性に関する研究 (2015)
  • Author(s): 出倉駿、小林浩和、池田龍一、前里光彦、久保田佳基、北川宏
  • Organizer: ナノ学会第１３回大会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県・仙台市)
  • Year and Date: 2015-05-11