Dynamical observation of hydrogen absorption by XAFS-XRD

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04682
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 吉岡 聰 九州大学, 工学研究院, 助教 (50452818)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: X線吸収分光 / X線回折 / 水素吸蔵 / Pd

Outline of Annual Research Achievements

水素の貯蔵・吸蔵技術の開発・進展は，近年普及しつつある燃料電池をはじめ，様々な分野で求められている．しかし，多くの材料開発では，吸蔵量や水素分圧等の水素吸蔵特性のみに重点を置き，吸蔵過程での構造変化は必ずしも十分に明らかになっていない．本研究は，金属の水素吸蔵過程での局所構造と相変化のダイナミクスについて同時・包括的に観察しその詳細を明らかにすることを目的とする．対象は，金属パラジウム（Pd）の水素吸蔵によるalpha-beta相転移過程である．
構造観察法には，電子状態観察にX線吸収分光（XAFS），結晶格子の変位にX線回折（XRD）を適用し，水素雰囲気その場実験かつ同時計測するシステムを構築する．
当該年度では，初年度に独自に設計，製作したXAFS-XRD同時測定用の試料チャンバーを利用して，シンクロトロン光ビームライン（九州シンクロトロン光研究センター，九州大学ビームライン）で，XAFS，XRDを連続的に計測した．特にXAFS，XRD測定では，水素分圧を細かく制御し，連続的に増加，減少せた場合でのXANESスペクトル，XRDパターンを取得した．そのような連続的な計測での微小変化を抽出することで，結晶相と電子状態の変化を詳細に観察することに成功した．特に2種のX線分析手法を駆使することで，Pdのalpha相からbeta相への変化を明瞭に把握しながら，その変化の過程で電子状態の挙動を反映した電子状態スペクトルを取得出来た．現在そのスペクトル変化から局所状態変化を理解する解析を行なっている．