2014 Fiscal Year Annual Research Report
超高密度・超高速度水素吸蔵PCP/ナノ金属複合物質の創製と触媒反応への展開
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25870350
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 浩和 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30512694)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水素吸蔵 / 金属ナノ粒子 / 多孔性金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Pdナノ結晶の表面原子配列を精密に制御することで、水素の吸蔵速度を変えることに成功した。Pdナノ結晶を金属イオンと有機配位子からなる多孔性金属錯体(MOF)で被覆すると、水素吸蔵量は被覆していないPdナノ結晶に比べて2倍になり、それと同時に、水素の吸蔵/放出速度も2倍になることを発見した。立方体Pdナノ結晶の表面にMOFを組み上げていくボトムアップ法により、立方体Pdナノ結晶とCu3(BTC)2(HKUST-1)のハイブリット材料(Pd@HKUST-1)を作製した。Pd@HKUST-1の水素吸蔵量は立方体Pdナノ結晶よりもおよそ２倍多く水素を吸蔵した。HKUST-1単独では水素を吸蔵しないため、この結果はHKUST-1の被覆によって、立方体Pdナノ結晶の水素吸蔵能力が飛躍的に向上していることを示している。このような水素吸蔵特性の飛躍的な向上には、Pdナノ結晶からHKUST-1への電荷移動が大きく関与していることをX線光電子分光測定より突きとめた。さらに、他の金属ナノ粒子とHKUST-1との複合物質やPdナノ結晶と他のMOFとのハイブリット化を行い、系統的な研究を行った。高性能な燃料電池の開発には、高い水素分子解離能・透過性を有する電極の開発が重要になる。開発したハイブリッド材料は水素分子を原子状に解離し、格子内部へ拡散する能力が既存のPdナノ結晶に比べ2倍優れており、電極触媒に用いることで高出力の燃料電池車の開発に繋がることが期待される。また、シェールガス革命による天然ガスやメタンハイドレートなどの炭素資源を有効に活用し、金属ナノ結晶がMOFで被覆した革新的な新材料を利用することで、資源・エネルギー・環境問題を解決し、持続可能な社会実現に向けて大きな貢献が出来るものと期待される。
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[Journal Article] Hydrogen storage in Pd nanocrystals covered with a metal-organic framework2014
Author(s)
G. Li, H. Kobayashi, J. M. Taylor, R. Ikeda, Y. Kubota, K. Kato, M. Takata, T. Yamamoto, S. Toh, S. Matsumura, H. Kitagawa
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Journal Title
Nature Materials
Volume: 13
Pages: 802-806
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Shape-Dependent Hydrogen-Storage Properties in Pd Nanocrystals: Which Does Hydrogen Prefer, Octahedron (111) or Cube (100)?2014
Author(s)
G. Li, H. Kobayashi, Shun Dekura, R. Ikeda, Y. Kubota, K. Kato, M. Takata, T. Yamamoto, S. Toh, S. Matsumura, H. Kitagawa
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 136
Pages: 10222-10225
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Solid Solution Alloy Nanoparticles of Immiscible Pd and Ru Elements Neighboring on Rh: Changeover of the Thermodynamic Behavior for Hydrogen Storage and Enhanced CO-Oxidizing Ability2014
Author(s)
K. Kusada, H. Kobayashi, R. Ikeda, Y. Kubota, M. Takata, S. Toh, T. Yamamoto, S. Matsumura, N. Sumi, K. Sato, K. N., H. Kitagawa
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 136
Pages: 1864-1871
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Unusual Magnetic Ordering Observed in Nanosized S = 1/2 Quantum Spin System (CH3)2NH2CuCl32014
Author(s)
Y. Inagaki, Y. Sakamoto, H. Morodomi, T. Kawae, Y. Yoshida, T. Asano, K. Hosoi, H. Kobayashi, H. Kitagawa, Y. Ajiro, Y. Furukawa
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 83
Pages: 054716-054721
DOI
Peer Reviewed
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