水素の挙動を観察できる新たな水素吸蔵材料の合成と構造解析に成功

化石燃料に代わり、クリーンで再生可能なエネルギーとして、燃やすと水になるだけの水素の活用に、世界が大きな期待を寄せています。実際に、燃料電池や水素を燃焼させる水素自動車などの開発も活発化しています。しかし、常温・常圧では気体のままで、蓄積に膨大な体積を必要とするため大量に水素を吸蔵する金属・合金などの活用が欠かせません。

しかし、金属の中に取り込まれる水素原子の様子や水素を取り込んで変化する金属材料などの構造を直接観察することは難しく、水素吸蔵の効率向上などに課題を残していました。

基幹研究所侯有機金属化学研究室らの研究グループは、希土類金属とd-ブロック遷移金属という異なる性質を持つ金属を組み合わせた、新しいタイプの水素吸蔵材料「多金属ヒドリド（H-）クラスター」の合成と、これが水素と反応する様子を、X線・中性子回折を活用した構造解析に成功しました。合成した多金属ヒドリドクラスターは、水素を吸蔵させた後に加熱脱気（10^-8気圧、80℃）すると水素を1分子だけ放出します。構造解析の結果、中心部と2つのイットリウム原子間（図のY3とY4）を架橋していたヒドリド原子が、水素分子として放出していることが分かりました。さらに、水素分子が抜けたものに再び水素を吹きかけると、元に戻ることも分かりました。理論計算による解析の結果、この水素との反応では、イットリウムが水素を捕まえ、モリブデンが水素を蓄えることで、クラスター内に水素が取り込まれていることが分かりました。今後は、水素吸蔵材料の新たな物質群の創生や新たな触媒開発に貢献すると期待できます。