米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）电池技术研究部[研究部部长谷本和美]能源材料研究组高级首席研究员徐强、前AIST特别研究员陈耀等人开发了一种名为“非贵金属牺牲法”的新方法，用于生产超细颗粒金属纳米颗粒的催化剂是层状碳材料石墨烯我们成功地将其均匀地固定在顶部。
采用新开发技术生产的金属纳米粒子催化剂储氢材料是甲酸制氢反应时，催化剂的活性和耐久性得到显着提高。该技术有望为氢能社会的实现做出贡献，也有望作为合成超细金属纳米颗粒的新方法具有广泛的应用前景。
该研究成果发表于2015年1月14日《美国化学会杂志》美国化学会杂志
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图1 贵金属纳米颗粒催化剂在石墨烯上的固定化方法
（上）以前的还原/沉淀方法，（下）新开发的方法 |
全球环境保护问题移动设备爆发式蔓延的背景下，社会对清洁、安全的能源供应系统的需求空前高涨。氢有望成为一种环保清洁能源，因为能量被提取后只剩下水。然而，要实现氢能社会，必须解决氢的储存和运输这一重大问题。
9462_9673氢化物的稳定形式安全储存，因此有望成为大规模氢运输和小型移动设备氢供应的有前途的方法。
目前，氨和甲基环己烷被认为是用于化学储氢的氢化物，但它们存在产氢温度高的问题。另一方面，甲酸在常温常压下的储氢能力为44%，与二氧化碳相互转化的能量变化很小，因此可以在温和的条件下使用，有望成为一种高效的储氢氢化物。迄今为止，AIST已开发出一种高性能产品，该产品可以在温和的条件下进行二氧化碳和甲酸的相互转化，通过将二氧化碳氢化产生甲酸（储氢），并通过分解甲酸产生氢气。均相催化剂（金属络合物）被开发出来（2012 年 3 月 19 日 AIST 新闻稿）。然而，为了使使用甲酸的储氢系统商业化，高活性和高耐用性多相催化剂是所期望的。 AIST一直在研究和开发用于从各种氢化物中产生氢气的非均相催化剂。2012 年 11 月 27 日 AIST 主要研究成果)，我们致力于甲酸多相催化剂的开发。
这项研究开发是在经济产业省“日美合作”的支持下进行的。能源技术开发合作项目（日美清洁能源技术合作）”，是根据2009年11月13日举行的日美首脑会谈达成的日美清洁能源技术合作协议启动的。
石墨烯是构成石墨的单原子薄膜，具有碳原子在平面上排列成蜂窝状的结构（图1）。近年来，石墨烯作为金属纳米颗粒催化剂的固定化材料受到关注，人们尝试了多种固定化方法，但金属纳米颗粒催化剂在固定化过程中发生团聚、尺寸增大，减少了催化反应活性的有效金属表面积，导致催化活性不足等问题。
这次，我们开发了一种称为“非贵金属牺牲法”的方法，通过牺牲还原过程中与贵金属一起沉淀的非贵金属，将超细贵金属纳米粒子固定在石墨烯上。在该方法中，当贵金属被还原并沉淀到石墨烯上时，同时沉淀的非贵金属防止贵金属纳米颗粒团聚。此后，可以通过用酸洗脱非贵金属（牺牲非贵金属）将超细贵金属纳米颗粒固定在石墨烯上。与传统方法的主要区别之一是同时沉积非贵金属。
这次，氧化石墨烯分散在水溶液中，并且催化剂前体2氯化钯4) 和硝酸银 (AgNO3) 和醋酸钴 (Co(CH3COOH)2)。硼氢化钠 (NaBH411381_114563(BO3)2)同时也沉淀在石墨烯上，防止Pd/Ag纳米粒子聚集。然后，磷酸（H3订单4）3(BO3)2)，超细Pd/Ag纳米颗粒可以固定在石墨烯上。透射电子显微镜的结果证实，使用这种方法可以将超细 Pd/Ag 纳米颗粒均匀地固定在石墨烯上（图 2）。
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图2 石墨烯上固定金属纳米粒子催化剂的透射电子显微镜图像
(a) 不含非贵金属。 (b) 通过磷酸处理洗脱沉淀的非贵金属之前和 (c) 之后。 |
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| 图3 使用固定在石墨烯上的金属纳米颗粒催化剂进行甲酸分解和放氢反应 |
新开发的固定在石墨烯上的金属纳米颗粒催化剂通过甲酸的分解反应高效产生氢气（图3）。催化剂旋转频率是催化剂活性的指标，在 50 °C 时为 2739 h-1，这是多相催化剂的最高值。此外，在产生的氢气中没有检测到引起燃料电池电极催化剂劣化的一氧化碳。此外，该催化剂在循环测试中保持稳定的催化活性并表现出高耐久性。
未来，我们希望通过“非贵金属牺牲法”开发固定在石墨烯上的金属纳米颗粒催化剂，提高甲酸等化学储氢材料的功能和效率，并进一步将其开发成多种可应用于环境和能源技术的材料。
国立产业技术综合研究所
电池技术研究部能源材料研究组
高级首席研究员徐强电子邮件：