【エネルギー】多孔性配位高分子に金属ナノ粒子触媒を固定化に成功、水素エネルギー社会実現に寄与する新しい技術 /産総研
1 ：一般人φ ★：
産業技術総合研究所(産総研)は11月27日、「二溶媒法」という新しい手法を用いることにより、超微細な金属
ナノ粒子の触媒を多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく細孔内に均一に固定化することに成功したと発表した。
同成果は、産総研ユビキタスエネルギー研究部門 ナノ機能合成グループの徐強 主任研究員、アルシャド・アイジャズ
JSPS特別研究員らによるもの。詳細は米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。
水素(H2)は、エネルギー取り出し後の形態が「水」のみであるため、 環境に優しいクリーンなエネルギーとして
期待されている。しかし、水素エネルギー社会の実現には、水素の貯蔵・運搬という解決されなければならないという大きな課題がある。
液化水素は、冷却液化に大量のエネルギーを必要とする上、自然蒸発が長期貯蔵における大きな問題となっている。
水素吸蔵合金は、自動車などの移動型燃料電池への水素供給に対して、重量当たりの水素密度が低いことが
実用化のネックとなっている。高圧ガスボンベは車載用水素貯蔵法として期待されているが、安全上の課題が
ある上、大規模な水素輸送や小型の移動型デバイスへの利用が困難である。これに対して、化学的水素貯蔵は、
化学結合によって水素化物という安定な形で高密度の水素を安全に貯蔵することが可能なため、大規模な
水素輸送や小型の移動型デバイスへの水素供給の有望な方法の1つとして期待されている。水素化物から水素を
取り出すためには触媒が必要となるが、現状では触媒の活性と耐久性が不十分であり、水素化物からの水素
発生反応の効率を改善できる高性能触媒の開発が望まれている。
産総研では、移動型燃料電池のための高性能水素貯蔵材料の研究に取り組んでおり、これまでに水素化物である
アンモニアボランの加水分解による水素発生反応を見出してきたほか、水素発生効率を向上させるため、
水素貯蔵材料からの高効率水素発生触媒の研究開発などを行ってきている。
多孔性配位高分子は、金属イオンと有機配位子が無限に連結され、ジャングルジムに類似した構造(図1左)を
有する新しい固体材料であり、近年、その内部に規則的に並ぶナノメートルサイズの細孔を有用な空間として
利用しようという研究が世界で進められているほか、金属ナノ粒子触媒を固定化させる材料としても注目される
ようになってきた。
これまでも多孔性配位高分子へ金属ナノ粒子を固定化するために、様々な方法が試みられてきたが、触媒になる
金属粒子が配位高分子の外表面に凝集して大きくなり、触媒反応に活性を示す有効な金属の表面積が小さく
なることから、触媒活性を上げることができないなどの問題が生じていた。そのため高活性で、かつ高耐久性の
ある触媒を実現するために、多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく、ナノ細孔内への金属ナノ粒子を
固定化する新しい方法の開発が望まれていた。
今回の研究では、親水性溶媒と疎水性溶媒を併用する新しい「二溶媒法」を用いることで、外表面に凝集する
ことなく、多孔性配位高分子のナノ細孔内へ金属ナノ粒子を固定化することに成功したという。
図1 微細な金属ナノ粒子触媒を多孔性配位高分子の細孔内へ固定化。左図は配位高分子が持つナノ細孔構造。
金属ナノ粒子の元となる前駆体は金属塩水溶液として配位高分子のナノ細孔内に導入される。右図は、配位
高分子のナノ細孔内に固定化した金属ナノ粒子が高活性触媒として作用して、アンモニアボラン(NH3BH3)
という水素貯蔵材料から水素(H2)を取り出す様子を示している
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/001l.jpg
（本文>>2以降に続く）
▽記事引用元 マイナビニュース（2012/11/29）
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/index.html
▽産業技術総合研究所プレスリリース
http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/nr20121127/nr20121127.html
▽Journal of the American Chemical Society
「Immobilizing Highly Catalytically Active Pt Nanoparticles inside the Pores of Metal?Organic Framework: A Double Solvents Approach」
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja3043905
ナノ粒子の触媒を多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく細孔内に均一に固定化することに成功したと発表した。
同成果は、産総研ユビキタスエネルギー研究部門 ナノ機能合成グループの徐強 主任研究員、アルシャド・アイジャズ
JSPS特別研究員らによるもの。詳細は米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。
水素(H2)は、エネルギー取り出し後の形態が「水」のみであるため、 環境に優しいクリーンなエネルギーとして
期待されている。しかし、水素エネルギー社会の実現には、水素の貯蔵・運搬という解決されなければならないという大きな課題がある。
液化水素は、冷却液化に大量のエネルギーを必要とする上、自然蒸発が長期貯蔵における大きな問題となっている。
水素吸蔵合金は、自動車などの移動型燃料電池への水素供給に対して、重量当たりの水素密度が低いことが
実用化のネックとなっている。高圧ガスボンベは車載用水素貯蔵法として期待されているが、安全上の課題が
ある上、大規模な水素輸送や小型の移動型デバイスへの利用が困難である。これに対して、化学的水素貯蔵は、
化学結合によって水素化物という安定な形で高密度の水素を安全に貯蔵することが可能なため、大規模な
水素輸送や小型の移動型デバイスへの水素供給の有望な方法の1つとして期待されている。水素化物から水素を
取り出すためには触媒が必要となるが、現状では触媒の活性と耐久性が不十分であり、水素化物からの水素
発生反応の効率を改善できる高性能触媒の開発が望まれている。
産総研では、移動型燃料電池のための高性能水素貯蔵材料の研究に取り組んでおり、これまでに水素化物である
アンモニアボランの加水分解による水素発生反応を見出してきたほか、水素発生効率を向上させるため、
水素貯蔵材料からの高効率水素発生触媒の研究開発などを行ってきている。
多孔性配位高分子は、金属イオンと有機配位子が無限に連結され、ジャングルジムに類似した構造(図1左)を
有する新しい固体材料であり、近年、その内部に規則的に並ぶナノメートルサイズの細孔を有用な空間として
利用しようという研究が世界で進められているほか、金属ナノ粒子触媒を固定化させる材料としても注目される
ようになってきた。
これまでも多孔性配位高分子へ金属ナノ粒子を固定化するために、様々な方法が試みられてきたが、触媒になる
金属粒子が配位高分子の外表面に凝集して大きくなり、触媒反応に活性を示す有効な金属の表面積が小さく
なることから、触媒活性を上げることができないなどの問題が生じていた。そのため高活性で、かつ高耐久性の
ある触媒を実現するために、多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく、ナノ細孔内への金属ナノ粒子を
固定化する新しい方法の開発が望まれていた。
今回の研究では、親水性溶媒と疎水性溶媒を併用する新しい「二溶媒法」を用いることで、外表面に凝集する
ことなく、多孔性配位高分子のナノ細孔内へ金属ナノ粒子を固定化することに成功したという。
図1 微細な金属ナノ粒子触媒を多孔性配位高分子の細孔内へ固定化。左図は配位高分子が持つナノ細孔構造。
金属ナノ粒子の元となる前駆体は金属塩水溶液として配位高分子のナノ細孔内に導入される。右図は、配位
高分子のナノ細孔内に固定化した金属ナノ粒子が高活性触媒として作用して、アンモニアボラン(NH3BH3)
という水素貯蔵材料から水素(H2)を取り出す様子を示している
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/001l.jpg
（本文>>2以降に続く）
▽記事引用元 マイナビニュース（2012/11/29）
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/index.html
▽産業技術総合研究所プレスリリース
http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/nr20121127/nr20121127.html
▽Journal of the American Chemical Society
「Immobilizing Highly Catalytically Active Pt Nanoparticles inside the Pores of Metal?Organic Framework: A Double Solvents Approach」
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja3043905
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2 ：一般人φ ★：2012/12/03(月) 00:14:03.35 ID:???
（>>1続き）
具体的には、代表的な多孔性配位高分子の1つであり、内径2.9nmと3.4nmの親水性の空洞を持ち、空洞間は
直径1.2nmと1.6nmの窓によってつながっているクロムの配位高分子(Cr3F(H2O)2O[(O2C)C6H4(CO2)]3を金属ナノ
粒子の固定化材料として用いた。
多孔性配位高分子を疎水性溶媒(ヘキサン)に分散させ、さらに、触媒の前駆体である塩化白金酸(H2PtCl6)水溶液
(親水性溶媒)を多孔性配位高分子におけるナノ細孔容積全体よりも少ない量で加えることにより、白金をナノ
細孔内に完全に取り込むことができており、透過型電子顕微鏡観察の結果、合成した試料は、白金ナノ粒子が
多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく、完全に細孔内に固定化することが確認されたという(図2)。
図2 多孔性配位高分子に固定化された白金ナノ粒子触媒の透過型電子顕微鏡による観察結果。白金ナノ粒子は
黒い点として観測され、多孔性配位高分子は黒い点を保持する灰色の背景として観測される。白金ナノ粒子は
配位高分子の細孔径(2.9nmと3.4nm)よりも小さいため、外表面に凝集することなく、完全に多孔性配位高分子の
細孔内に固定化されている
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/002l.jpg
また、この白金ナノ粒子が幅の狭い粒径分布(平均粒径は1.9nm)を有することも判明(図3)。
図3 白金ナノ粒子の粒径分布。多孔性配位高分子の細孔内に固定化された白金ナノ粒子は1.2〜2.8nmの幅の
狭い領域に分布し、粒径分布曲線(赤線)から平均粒径は1.9nmであることがわかる
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/003l.jpg
今回の合成法と従来法との主な違いの1つは、ナノ細孔容積全体よりも少ない量の前駆体金属塩水溶液
(親水性溶媒)を用いた点にあるという。これにより、前駆体金属塩が親水性であるナノ細孔内に完全に取り込まれ、
外表面に金属粒子が凝集することが回避できたという。また、もう1つの重要なポイントとして、大量の疎水性
溶媒を用いたことが挙げられるという。これは、わずかな体積の前駆体金属塩溶液では、完全に固体の多孔性
配位高分子試料を浸漬することができないためであり、大量の疎水性溶媒を同時に用いることで、溶媒全体に
固体の配位高分子試料を分散させることができ、少量の前駆体金属塩溶液を固体の配位高分子試料全体に均一に
分布させることができたとする。
今回開発された多孔性配位高分子に固定化した白金ナノ粒子触媒を用いて、アンモニアボランの加水分解・
水素発生反応を行ったところ、これまで最も活性の高かった白金触媒よりも、水素発生速度が2倍向上することが
確認された。また、アンモニアボランの熱分解・水素発生反応を行ったところ、燃料電池電極触媒の活性を
低下させるアンモニア(NH3)などの揮発性副生成物が観測されず、かつより低温で水素を生成できることがわかった
ほか、反応後も白金ナノ粒子が多孔性配位高分子の細孔内に保持され、安定な触媒活性を維持し、高い耐久性が
示されたという。
配位高分子には、多孔性のみならず、光特性や磁性などの優れた機能を有するものも数多く報告されている。
光吸収特性を持つ多孔性配位高分子に白金ナノ粒子を固定化し、太陽光を利用した水素発生用光触媒として
用いたという報告例もある。今回用いられた二溶媒法は、金属ナノ粒子に限らず、多孔性配位高分子の細孔内への
各種ナノ粒子の導入や固定化に有効な手段として、今後触媒のみならず多様な用途に用いられることが期待される
ことから、研究グループでは今後、同法を用いて、多孔性配位高分子に固定化した金属ナノ粒子触媒の開発を
進めると共に、環境やエネルギー技術に応用可能な材料に展開していくとコメントしている。
（以上本文引用ここまで）
具体的には、代表的な多孔性配位高分子の1つであり、内径2.9nmと3.4nmの親水性の空洞を持ち、空洞間は
直径1.2nmと1.6nmの窓によってつながっているクロムの配位高分子(Cr3F(H2O)2O[(O2C)C6H4(CO2)]3を金属ナノ
粒子の固定化材料として用いた。
多孔性配位高分子を疎水性溶媒(ヘキサン)に分散させ、さらに、触媒の前駆体である塩化白金酸(H2PtCl6)水溶液
(親水性溶媒)を多孔性配位高分子におけるナノ細孔容積全体よりも少ない量で加えることにより、白金をナノ
細孔内に完全に取り込むことができており、透過型電子顕微鏡観察の結果、合成した試料は、白金ナノ粒子が
多孔性配位高分子の外表面に凝集することなく、完全に細孔内に固定化することが確認されたという(図2)。
図2 多孔性配位高分子に固定化された白金ナノ粒子触媒の透過型電子顕微鏡による観察結果。白金ナノ粒子は
黒い点として観測され、多孔性配位高分子は黒い点を保持する灰色の背景として観測される。白金ナノ粒子は
配位高分子の細孔径(2.9nmと3.4nm)よりも小さいため、外表面に凝集することなく、完全に多孔性配位高分子の
細孔内に固定化されている
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/002l.jpg
また、この白金ナノ粒子が幅の狭い粒径分布(平均粒径は1.9nm)を有することも判明(図3)。
図3 白金ナノ粒子の粒径分布。多孔性配位高分子の細孔内に固定化された白金ナノ粒子は1.2〜2.8nmの幅の
狭い領域に分布し、粒径分布曲線(赤線)から平均粒径は1.9nmであることがわかる
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/29/187/images/003l.jpg
今回の合成法と従来法との主な違いの1つは、ナノ細孔容積全体よりも少ない量の前駆体金属塩水溶液
(親水性溶媒)を用いた点にあるという。これにより、前駆体金属塩が親水性であるナノ細孔内に完全に取り込まれ、
外表面に金属粒子が凝集することが回避できたという。また、もう1つの重要なポイントとして、大量の疎水性
溶媒を用いたことが挙げられるという。これは、わずかな体積の前駆体金属塩溶液では、完全に固体の多孔性
配位高分子試料を浸漬することができないためであり、大量の疎水性溶媒を同時に用いることで、溶媒全体に
固体の配位高分子試料を分散させることができ、少量の前駆体金属塩溶液を固体の配位高分子試料全体に均一に
分布させることができたとする。
今回開発された多孔性配位高分子に固定化した白金ナノ粒子触媒を用いて、アンモニアボランの加水分解・
水素発生反応を行ったところ、これまで最も活性の高かった白金触媒よりも、水素発生速度が2倍向上することが
確認された。また、アンモニアボランの熱分解・水素発生反応を行ったところ、燃料電池電極触媒の活性を
低下させるアンモニア(NH3)などの揮発性副生成物が観測されず、かつより低温で水素を生成できることがわかった
ほか、反応後も白金ナノ粒子が多孔性配位高分子の細孔内に保持され、安定な触媒活性を維持し、高い耐久性が
示されたという。
配位高分子には、多孔性のみならず、光特性や磁性などの優れた機能を有するものも数多く報告されている。
光吸収特性を持つ多孔性配位高分子に白金ナノ粒子を固定化し、太陽光を利用した水素発生用光触媒として
用いたという報告例もある。今回用いられた二溶媒法は、金属ナノ粒子に限らず、多孔性配位高分子の細孔内への
各種ナノ粒子の導入や固定化に有効な手段として、今後触媒のみならず多様な用途に用いられることが期待される
ことから、研究グループでは今後、同法を用いて、多孔性配位高分子に固定化した金属ナノ粒子触媒の開発を
進めると共に、環境やエネルギー技術に応用可能な材料に展開していくとコメントしている。
（以上本文引用ここまで）
3 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 00:20:19.08 ID:1V2Qgay/
産総研の、ギ酸はどうなったんだか
4 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 00:35:36.47 ID:oSs+Y3KB
お客様の中に三行で説明して下さる方はいませんか〜？（ＡＡ略
5 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 00:40:10.42 ID:apj7/lrO
ナノって凄い
安全安心安定で精製したい
でけたー☆
安全安心安定で精製したい
でけたー☆
6 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 00:46:06.91 ID:yzTVN4rk
す
ご
い
ご
い
しまった
先を越されたかー
これ俺のアイディアじゃん
先を越されたかー
これ俺のアイディアじゃん
8 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 01:37:15.22 ID:cJ8PlTqR
完全リサイクルエネルギーの実現に近づくために奮闘する人達。
ありがたい存在だな。
ありがたい存在だな。
9 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 01:58:43.73 ID:oHh8/8Ii
ナノテクが不可能だったことを可能にする！
そんなわけでナノテク推進派。
粒子を変えれば万物に影響を及ぼす。
銀を金に。ゴミをプリンに。
錬金術も可能になる！
物質の構造も何もかも作り替えるノヴァー！ディスティ。
ホムンクルスも作るなう。
そんなわけでナノテク推進派。
粒子を変えれば万物に影響を及ぼす。
銀を金に。ゴミをプリンに。
錬金術も可能になる！
物質の構造も何もかも作り替えるノヴァー！ディスティ。
ホムンクルスも作るなう。
10 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 16:00:04.87 ID:c4etxph7
発泡アルミニウムとかも使えないかな
11 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 19:38:41.87 ID:8/Sn50pF
産総研は実際に実用になる研究が少なすぎる希ガス
水素じゃなくてイソオクタンとかセタンとかナフサ作ろうよ
13 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 20:08:35.19 ID:jb05bOxa
ま た 出 た なｗ 産 騒 研 の ゴ ミ 論 文
水素エネルギー社会など来るわけないだろ阿呆めが。
水素エネルギー社会など来るわけないだろ阿呆めが。
15 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 22:56:12.79 ID:hm0+IXW3
テレフタルさん
水素発生させるのに一々白金使わんといけんのか。
水素発生させるのに一々白金使わんといけんのか。
16 ：名無しのひみつ：2012/12/03(月) 22:58:20.67 ID:P68U703b
>>13
またこいつか
またこいつか
17 ：名無しのひみつ：2012/12/04(火) 00:15:57.39 ID:PMu/gMmA
まさか水素にもアンチが出てくるなんて思ってもみなかったよw
水素は大量生産と貯蔵が問題だからなあ
>>18
輸送機器で使うには燃やすだけで大変
輸送機器で使うには燃やすだけで大変