日本国立物质材料研究机构定量解析出Pd-MOF杂化材料的界面电子状态与储氢特性的关系

新技术 2018年10月18日
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日本国立物质材料研究机构 (NIMS)与九州大学和京都大学通过共同研究发现,钯(Pd)与金属有机框架(MOF)的杂化材料的储氢特性之所以达到Pd单体的约2倍,是因为随着约0.4个电子的电荷从Pd向MOF移动,电子状态发生了微小变化。此次明确了材料的电子状态与储氢特性之间的定量关系,有助于开发储氢特性和氢催化功能优异的新的杂化材料。

为了普及作为新一代能源备受期待的氢能源,就必须实现高效率的储氢方法。以前就知道,Pd等过渡金属拥有优异的储氢特性,不过近年来有研究显示,将过渡金属的纳米颗粒与MOF组合之后,储氢特性比过渡金属单体明显提高。虽然已经预想到界面的电荷移动与其特性提高有关,但此前一直没有明确电荷的移动程度等定量机制。

Pd纳米立方体和MOF(铜(II)1,3,5-苯三羧酸,记作HKUST-1)的杂化材料(Pd @ HKUST-1)与Pd纳米立方单体相比,储氢特性约为后者的两倍,对此,本次研究利用NIMS的大型同步辐射设施(SPring-8)的光束线,调查了杂化材料的电子状态。另外,还计算了Pd单体和HKUST-1单体的电子状态,与Pd @ HKUST-1的电子状态相比发现,约0.4个电子的电荷从Pd纳米立方体移动到了MOF中。就是由于这种微小的电荷移动,Pd电子带中的储氢点增加,使储氢特性提高至Pd纳米立方单体的两倍左右。

过渡金属的纳米颗粒和MOF构成的杂化材料不仅可用做储氢材料,作为高效率的氢化反应催化剂也备受期待。今后,通过利用此次公开的电子状态测量法和解析法,有望促进储氢特性和催化性能显著提高的新型杂化材料的开发。

相关研究论文于英国时间2018年10月9日发表于期刊《Communications Chemistry》。

日本国立物质材料研究机构定量解析出Pd-MOF杂化材料的界面电子状态与储氢特性的关系

图:Pd @ HKUST-1的结构,以及电荷从Pd纳米立方体向HKUST-1金属有机框架(MOF)移动的示意图

文 客观日本编辑部

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