2019 Fiscal Year Research-status Report
Hydrogen storage of Mg composite nanoparticles by controlling of the nano-interface
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18K14089
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小川 智史 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70739101)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノ複合材料 / 表面・界面物性 / 水素吸蔵材料 / X線分光分析 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Mgは軽量かつ安価な水素吸蔵材料として注目されているが、その水素吸蔵時に300℃程度の高温条件を必要とするため、実用に向けては水素吸放出時のエネルギー効率の向上が望まれる。本研究ではMgのナノ粒子化による比表面積の増加と、Mgと遷移金属（TM）を複合化することで生じるMg-TM界面付近の「歪み」を利用することで、Mgの水素吸放出温度を常温付近まで低下させることを目的としている。
令和元年度においては前年度に設計した、高真空雰囲気を保ちながらの試料輸送が可能な高真空トランスファーベッセルと試料の水素化および水素雰囲気での試料運搬が可能な水素化反応トランスファーベッセルを開発し、その性能を評価した。高真空トランスファーベッセルは非蒸発型ゲッターポンプを用いることでベッセル内部の高真空を維持することができ、これを用いて輸送したMgナノ粒子のX線吸収微細構造（XAFS）測定を行ったところ、わずかな酸化は見られたがMgナノ粒子の化学状態の大部分は金属状態であった。水素化反応トランスファーベッセルを用いてMgとMnを複合化したMg-Mnナノ粒子に対して水素吸蔵および水素放出実験を行ったところ、可逆的に水素吸蔵することをXAFS測定によって確認した。
Mgは大気はおろか低真空下によってさえ速やかに酸化し水素吸蔵能を失う。Mgをナノ粒子化することで表面積を増加させれば酸化の影響はより顕著となり、これが物性評価の妨げとなるのは必定である。本研究ではナノ粒子化とMg-TM界面が水素吸放出反応に及ぼす効果を酸化の影響を排したうえで評価するために、高真空または高純度水素雰囲気を維持しての分析を可能にした。このようなアプローチは国内外を含めて例がなく本研究の特色および意義であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Mg-Mnナノ粒子のXAFS測定の結果から、試料作製時に不純物が混入する問題が発覚したが、試料作製条件を見直すことでこれをすでに解決済みである。水素吸放出実験および大気非曝露での試料輸送も可能となったため、残すは水素吸放出特性とナノ界面構造との関連を調べることであり、概ね順調といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はMg-Mnナノ粒子の水素吸蔵および放出反応が生じる温度とその組成依存性を調べるとともに、透過型電子顕微鏡観察とXAFS測定を併用することでMgとMnの界面構造の解析を進めていく。
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| Causes of Carryover |
試料作製時の不純物混入の問題への対応や、開発したトランスファーベッセルの評価に時間を要したため、放射光実験に係る支出（旅費、ビームライン使用料）が予定より減少したため。
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