国立研究開発法人産業技術総合研究所は4月28日、新たな手法を使って貴金属のナノ粒子を平面状の炭素原子薄膜「グラフェン」上に均一に固定化することに成功したと発表した。これを触媒として、「ギ酸」から効率よく安定的に水素を発生させることができた。将来の水素エネルギー社会を支える水素貯蔵、利用技術として貢献できそうだとみている。米国化学会誌に掲載された。

 

■活性高く耐久性にも優れた触媒として期待

 

　水素の化合物から温和な条件で水素ガスだけを安定的に取り出す手法の一つとして、パラジウムや銀などの貴金属のナノ粒子をグラフェン上に固定化させた触媒が使われる。だがナノメートル（ナノは10億分の１ｍ）サイズの超微細なナノ粒子を整然と定着させるのは容易ではなく、団子状に密集すると貴金属の表面積が減り触媒反応が減少してしまう。

　１粒ずつ独立して固定化させるために、産総研グループは「非貴金属犠牲法」というユニークな新手法を開発した。これは貴金属と非貴金属をグラフェンに一緒に析出させたあと、非貴金属だけを酸で溶かして除去して隙間を作り、団子状になるのを防ぐもの。非貴金属を犠牲にする”捨て身”の手法からこの名が付けられた。　

　電子顕微鏡で観察し、パラジウム（Pd）と銀（Ag）からなるナノ粒子が均一に固定化されているのを確認した。これを触媒に使ってギ酸を分解させ、安定して効率良く水素ガスを発生させた。燃料電池の電極を劣化させる一酸化炭素は検出されなかった。

　水素は空気中の酸素とともに燃料電池で電気を起こす。後には「水」しか発生せず、有害な廃棄物を出さないため究極のクリーンエネルギーと期待されている。すでに家庭用燃料電池システムが販売され、燃料電池車も今年中にも市場導入される予定で、水素ステーションの整備も進められている。北九州市では製鉄会社から住宅と商業施設に水素パイプラインを敷設し利用する「水素タウン」事業も動きだしている。だが、水素ガスを貯蔵、輸送する際の取り扱いが難しく、普及、推進の課題になっていた。

　産総研グループは、取り扱いに難のある液化水素や水素貯蔵合金、高圧ガスボンベなどを使わずに、温和な条件で安全、安定で効率良く貯蔵できる「化学的水素貯蔵法」を選択した。二酸化炭素に水素分子がついたギ酸の状態で貯蔵し、必要に応じて触媒を使って分解し水素を発生させる化学的貯蔵システムを３年前に開発した。今回の成果はこの実用化を大きく後押しするもので、活性が高く耐久性にも優れた触媒として期待される。

詳しくはこちら

関連記事（こちらとこちら）