日本國立物質材料研究機構定量解析出 Pd-MOF 雜化材料的界面電子狀態與儲氫特性的關係

日本國立物質材料研究機構 （NIMS）與九州大學和京都大學通過共同研究發現，鈀（Pd）與金屬有機框架（MOF）的雜化材料的儲氫特性之所以達到Pd單體的約2倍，是因為隨著約0.4個電子的電荷從Pd向MOF移動，電子狀態發生了微小變化。此次明確了材料的電子狀態與儲氫特性之間的定量關係，有助於開發儲氫特性和氫催化功能優異的新的雜化材料。

為了普及作為新一代能源備受期待的氫能源，就必須實現高效率的儲氫方法。以前就知道，Pd等過渡金屬擁有優異的儲氫特性，不過近年來有研究顯示，將過渡金屬的納米顆粒與 MOF 組合之後，儲氫特性比過渡金屬單體明顯提高。雖然已經預想到界面的電荷移動與其特性提高有關，但此前一直沒有明確電荷的移動程度等定量機制。

Pd 納米立方體和MOF（銅（II）1,3,5-苯三羧酸，記作HKUST-1）的雜化材料（Pd @ HKUST-1）與 Pd 納米立方單體相比，儲氫特性約為後者的兩倍，對此，本次研究利用NIMS的大型同步輻射設施（SPring-8）的光束線，調查了雜化材料的電子狀態。另外，還計算了Pd單體和 HKUST-1 單體的電子狀態，與Pd @ HKUST-1 的電子狀態相比發現，約0.4個電子的電荷從Pd納米立方體移動到了MOF中。就是由於這種微小的電荷移動，Pd電子帶中的儲氫點增加，使儲氫特性提高至Pd納米立方單體的兩倍左右。

過渡金屬的納米顆粒和 MOF 構成的雜化材料不僅可用做儲氫材料，作為高效率的氫化反應催化劑也備受期待。今後，通過利用此次公開的電子狀態測量法和解析法，有望促進儲氫特性和催化性能顯著提高的新型雜化材料的開發。

相關研究論文於英國時間2018年10月9日發表於期刊《Communications Chemistry》。

圖:Pd @ HKUST-1的結構，以及電荷從Pd納米立方體向HKUST-1金屬有機框架（MOF）移動的示意圖

文 JST客觀日本編輯部

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