NIMS，九州大學(xué)和京都大學(xué)共同確定了一種機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制，由鈀(Pd)和金屬有機(jī)骨架(MOF)組成的混合材料能夠儲(chǔ)存大約兩倍于僅由Pd組成的材料的氫。雜化材料的較大的氫存儲(chǔ)容量與其電子狀態(tài)的輕微變化相關(guān)聯(lián)，該電子狀態(tài)由從Pd到MOF的電荷 - 大約0.4電子 - 的轉(zhuǎn)移引起。因此，聯(lián)合研究小組成功地確定了材料的電子狀態(tài)與其儲(chǔ)氫特性之間的定量關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)具有優(yōu)異儲(chǔ)氫性能或具有有效催化氫化反應(yīng)能力的新型雜化材料。

氫是一種可行的下一代能源。氫的廣泛使用將需要有效的儲(chǔ)氫方法。已知過(guò)渡金屬如Pd具有優(yōu)異的儲(chǔ)氫性能。最近的報(bào)道表明，由過(guò)渡金屬納米顆粒和MOF組成的材料的儲(chǔ)氫能力顯著高于僅由過(guò)渡金屬組成的材料的儲(chǔ)氫能力。據(jù)預(yù)測(cè)，這些增加的儲(chǔ)氫能力與過(guò)渡金屬和MOF之間界面處的電荷轉(zhuǎn)移有關(guān)。然而，沒(méi)有定量地理解導(dǎo)致增加的氫存儲(chǔ)能力的機(jī)制(例如，轉(zhuǎn)移的電荷量)。

我們研究了雜化材料Pd @ HKUST-1的電子態(tài)，它由Pd納米立方體和MOF(特別是1,3,5-苯三甲酸銅(II)或HKUST-1)組成，能夠儲(chǔ)存大約兩倍僅由Pd納米立方體組成的材料的氫含量。在本次調(diào)查中，我們?cè)谑澜缟献畲蟮耐捷椛湓O(shè)施SPring-8上使用了NIMS的同步加速器X射線光束線。另外，我們分別計(jì)算了Pd和HKUST-1的電子態(tài)，并將它們與Pd @ HKUST-1的電子狀態(tài)進(jìn)行了比較。結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)從Pd納米立方體向MOF轉(zhuǎn)移了大約0.4電子的電荷。這種小的電荷轉(zhuǎn)移可能使Pd納米立方體中的電子帶能夠儲(chǔ)存更多的氫，

由過(guò)渡金屬納米顆粒和MOF組成的混合材料不僅能夠儲(chǔ)存大量的氫，而且還能夠有效地催化氫化反應(yīng)。在本研究中開發(fā)和使用的用于測(cè)量和分析電子狀態(tài)的方法可以加速新雜化材料的開發(fā)，同時(shí)大大增加儲(chǔ)氫和催化能力。