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金属ナノ粒子は、水素吸蔵量、水素の吸蔵／放出温度の低減、生成水素化物の安定性等の観点から、次世代水素吸蔵材料として有望である。申請者は、単結晶正六面体Pdナノ粒子および多重双晶正二十面体Pdナノ粒子の水素吸蔵特性研究において、極めて特異な構造特異水素吸蔵特性を発見している。本研究では、単結晶正六面体、単結晶正八面体、多重双晶正二十面体、多結晶球状Pdナノ粒子の水素吸蔵特性を検討し、ナノ粒子の結晶性・露出結晶面・形状・粒径が水素吸蔵特性に及ぼす影響を明らかにする。
本年度は、Pd黒、3種類の単結晶正六面体Pdナノ粒子（6.9、12、21 nm）の水素吸蔵特性の比較検討を行うとともに、in-situ粉末Ｘ線回折パターンのRietveld解析によるPd相およびPd水素化物相の格子定数・存在率を求めた。興味深いことに、小さいナノ粒子においては、水素化物相が時間とともに徐々に出現するのに対し、サイズの増加に伴い一定時間後に水素化物相への転移が突然起こることが分かった。また、大きなナノ粒子ほど相転移が開始するまでの時間が短く、急激な変化を示すことが初めて明らかとなった。次に、放出過程をみると、立方体Pdナノ粒子の水素化物相の約80%は水素を放出せずPd相に変換されないことが明らかとなった。球状Pdナノ粒子比較すると、立方体Pdナノ粒子における水素化物生成および水素脱離は極端に遅い反応であることを意味している。一方、厚さ20 nm、一辺32~60 nmの六角柱状Pdナノ粒子を新たに合成することで、局在表面プラズモン共鳴波長を紫外から可視・近赤外領域にシフトさせることに成功した。このPdナノ粒子をプラズモン励起しながら鈴木カップリング反応の触媒に使用したところ、プラズモン励起のない場合に比べ3倍程度反応が増強されることが分かった。
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