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》。
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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