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界面电子态改善Pd-MOF材料的储氢能力

发布时间:2019-01-31 10:13:58 来源:

NIMS,九州大学和京都大学共同确定了一种机制,通过该机制,由钯(Pd)和金属有机骨架(MOF)组成的混合材料能够储存大约两倍于仅由Pd组成的材料的氢。杂化材料的较大的氢存储容量与其电子状态的轻微变化相关联,该电子状态由从Pd到MOF的电荷 - 大约0.4电子 - 的转移引起。因此,联合研究小组成功地确定了材料的电子状态与其储氢特性之间的定量关系。这些发现可能有助于开发具有优异储氢性能或具有有效催化氢化反应能力的新型杂化材料。

氢是一种可行的下一代能源。氢的广泛使用将需要有效的储氢方法。已知过渡金属如Pd具有优异的储氢性能。最近的报道表明,由过渡金属纳米颗粒和MOF组成的材料的储氢能力显着高于仅由过渡金属组成的材料的储氢能力。据预测,这些增加的储氢能力与过渡金属和MOF之间界面处的电荷转移有关。然而,没有定量地理解导致增加的氢存储能力的机制(例如,转移的电荷量)。

我们研究了杂化材料Pd @ HKUST-1的电子态,它由Pd纳米立方体和MOF(特别是1,3,5-苯三甲酸铜(II)或HKUST-1)组成,能够储存大约两倍仅由Pd纳米立方体组成的材料的氢含量。在本次调查中,我们在世界上最大的同步辐射设施SPring-8上使用了NIMS的同步加速器X射线光束线。另外,我们分别计算了Pd和HKUST-1的电子态,并将它们与Pd @ HKUST-1的电子状态进行了比较。结果,我们发现从Pd纳米立方体向MOF转移了大约0.4电子的电荷。这种小的电荷转移可能使Pd纳米立方体中的电子带能够储存更多的氢,

由过渡金属纳米颗粒和MOF组成的混合材料不仅能够储存大量的氢,而且还能够有效地催化氢化反应。在本研究中开发和使用的用于测量和分析电子状态的方法可以加速新杂化材料的开发,同时大大增加储氢和催化能力。

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