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【エネルギー】「金」で水素の吸収速度が40倍に、水素吸蔵合金の高性能化に期待［07/24］


1 ：2018/07/27 〜 最終レス ：2018/09/11
東京大学の研究グループは2018年7月、水素吸蔵材料であるパラジウム（Pd）の表面に金（Au）を混ぜることにより、水素の吸収速度が40倍以上高まることを発見したと発表した。

　近年新しいエネルギーとして注目を集めている水素。その利用拡大には、水素の輸送や貯蔵方法の確立が必要とされている。その1つとして、輸送が行いやすいなどのメリットから、水素吸蔵材料を利用した貯蔵方法の研究開発が進んでいる。

　水素吸蔵材料であるパラジウムは、水素を吸収する金属であり、水素のみを透過させることから水素純化膜の材料などとして利用されている。水素の透過には、水素の表面への吸着、表面から試料内部への侵入、試料内部での拡散の過程があるが、パラジウムでは表面からの水素吸収速度が遅いという問題があった。一方で金は水素を吸収せず、また表面にも水素をほとんど吸着しないことから、水素の吸収に対しては役に立たないと考えられていた。

　今回、東京大学の研究グループは、パラジウム単結晶の表面に金を蒸着して加熱することにより、表面にパラジウムと金の合金層を作成し、昇温脱離法と共鳴核反応法を用いて水素の表面付近での振る舞いについて調べた。−153℃に冷却したパラジウムに水素を吸収させた後に加熱すると、昇温脱離法では−120℃に試料内部に吸収された水素の放出によるピーク、27℃に表面に吸着した水素の脱離によるピークが見られた。一方で、表面に金の合金層を作成して同様の実験を行った場合、吸収された水素によるピークが増大し、表面に吸着した水素によるピークは減少して低温側にシフトすることが分かった。共鳴核反応法により水素の深さ分布を測定すると、金の合金層がある場合に、表面から数層深い領域で水素の吸収量が増大していることが明らかになった。


共鳴核反応法による水素の深さ分布。水素量に比例するガンマ線収量が金との合金化によって増加する　出典：東京大学
　さらに金の合金層の厚さよりも深い位置での水素量も増大しており、金の合金層が表面から試料内部への水素の侵入速度を加速する役割があることを見出した。昇温脱離法で得られるピーク面積から表面での金の濃度に対する水素の吸収速度の増加率を調べると、金の濃度が約４40％の場合に水素の吸収速度は最大となり、純粋なパラジウムに比べて40倍以上加速されることを発見した。これまで水素の吸収を阻害すると考えられていた金が、水素の侵入速度を加速する効果があることを示したことになるという。一方で、金の量を増やし過ぎると吸収速度は減少した。

　水素の侵入速度の加速は理論計算によっても説明され、金と合金化することにより水素が表面でエネルギーが高い状態となり、水素が試料内部へ侵入するために越えなければならないエネルギーの壁（拡散障壁）が相対的に低くなり、その結果水素が侵入しやすくなっていることが分かった。さらにその起源を明らかにするために表面の電子状態を光電子分光法により測定した。その結果、パラジウムの電子状態が金との合金化により変化することを明らかにし、過去に提案されているモデルを用いて、水素が表面でエネルギーが高い状態になることを説明した。

　水素のエネルギー利用の鍵となる、水素純化膜や水素貯蔵に向けた水素吸蔵材料の開発が近年進められており、同研究の成果はそれらの大幅な高性能化に役立つことが期待される。また試料内部に吸収された水素は表面にやってきた際に特異な化学反応を起こすことも報告されており、吸収された水素を利用した新奇触媒の開発にもつながると考えられる。今後は同研究の発展として、パラジウムや金以外のより安価な材料への展開、水素吸収の促進メカニズムのより詳細な解明を目指して研究を行う予定だ。

共鳴核反応法による水素の深さ分布。水素量に比例するガンマ線収量が金との合金化によって増加する　出典：東京大学
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/24/rk_180723_suiso01.jpg

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/24/news022.html

2 ：
これでキュリー夫人も報われるな・・・

3 ：
安価で大量に二酸化炭素を吸収できる素材はないかな?

コスモクリーナーみたいに。

4 ：
金買えばいいのか？

5 ：
>>3
苛性ソーダ

6 ：
格納しておくのに−153℃に冷却し続けなきゃならないのか
せめて常温くらいにしないと使い辛いなぁ
宇宙空間用かな？

7 ：
でも、お高いんでしょ？

8 ：
パラジウムも金も貴金属で高価だから実用化できないのが残念

9 ：
金もパラジウムも高いから水素吸蔵なんてのに使えるかよ・・
常温核融合の一択だろが！

10 ：
>>5
苛性ソーダ か。大気中に出てしまった奴を効果的に吸収できるかな。

苛性ソーダ っつうと、ミイラしか思い出さない(笑)。

11 ：
世の中、金次第ってことか

12 ：
>>7>>8>>9
この手の研究はまずモデル試料で理論を実証してから、実用材料にコンバートする

今頃、この先行研究を引き継いだ学生が他の材料でエネルギー計算して、母材と添加剤の組み合わせをスクリーニングしてるさ

13 ：
あ〜これ知ってるわ、
PdとAuを30nm程度の多層膜にするか
Bをドープして格子定数を増加させるともっといいのができる。

14 ：
>>10
潮解性も高いから大気からじゃ無理

15 ：
>>13
ボロンも水素も侵入型だよね　
ボロンが多すぎたらサイトが埋まって水素吸収能が下がりそうやけど、ボロンってどのくらい入れるの？ちょびっと？

16 ：
>>3
植物。
珊瑚。

17 ：
パラジウムに金って銀歯の材料じゃん。

18 ：
補助金くれくれでマスク氏(ウジ)とかわらんな。

19 ：
キムです

20 ：
金 Au って、不活性金属の代表格なのに。おもしろいことだ。

21 ：
逆に水素を放出させるのに多大なエネルギーが必要！

22 ：
世界中の金がなくなる

23 ：
水素はな　学校の理科で試験管にためて

ポンだからな

ヤバイよー　ヤバイよーw

24 ：
結局パラジウムが凄いんじゃん

25 ：
しょせんこの世は金次第ってことか、やだやだ

26 ：
>>12
だって最後は金目でしょ

27 ：
酸化化合物として付着した水素に価値があるの？

28 ：
これでボトルを作ればあっという間に水素水！

29 ：
世の中なんでもカネカネカネ金・・・
ほんとにもう・・・

30 ：
軍事に利用される研究はしません！

31 ：
金を作成します
材料：中性子星×2
合成しますか　yes no

32 ：
こりゃ福井地震で関西も北陸も壊滅やな。

33 ：
>>31
「地球は崩壊した GameOver」？

34 ：
また金が値上がりするわね。プラチナより金ね。

35 ：
環境観点なら、人口光合成の進捗に期待するしかないねえ

36 ：
<丶｀∀´>ようやくウリ達も役に立つﾆﾀﾞね。

37 ：
>>3
普通にそこらに生えてる草や海の貝殻じゃダメなのかな？

38 ：
>>1
ブルーベリーの用土で、ピートモスだけだと水捌けが悪いから
鹿沼土を混ぜて、水捌けと水持ちを両立させる見たいなｗ

39 ：
水素までカネなのか

40 ：
つまり金粉入り水素水がいいってことか

41 ：
>>3
www草生える

42 ：
>>3
水

43 ：
金を蒸着することによって粉体化も減少させられるかな

44 ：
＞＞１、安全なタンクで貯蔵するのが一番ｗ

どっちかっていうと宇宙技術のほうだなｗ

45 ：
性能は大幅に向上、だけどコストが、ってとこでは。
金を使わない方法を考えなきゃ。

46 ：
水素を吸着性能があるならイオンを吸着する性能があるんだろ？

水素をどうのこうのしないでそのまま発電素子として利用したほうが効率いいんじゃないのか？

47 ：
エネループが、まさかの次世代リチウムイオン電池越えとか？

48 ：
>>6
液体水素になる温度は【-253度】だぞ

49 ：
>>6
ありきたりだが警察は事前には動かない。
今じゃどこの家庭もSECOMが当たり前の時代なんだから
襲われるのが嫌なら隣にボディーガードを付けとけばいいんだよ。
http://guard-dog.crayonsite.com/
格安ボディガードのガードドッグなんか時給2500円で付いてくれるから相手が確実に来るときに付けとくだけでもかなりの抑止効果になるよ。

50 ：
金地金を１キロ持ってるわ。もう少し寝かしておくか。

51 ：
高くつくから実用化は厳しい

安くて効率のいいもんを発見してくれ

52 ：
チャイナの金保有量は世界一ィィィィィィ！！！！１

53 ：
さて、海水から金を取り出す技術を確立しようか！

54 ：
>>48
使いにくいのには変わりない。
重いのも難点だな
CO2から炭化水素作れたら面倒ないのになあ。

55 ：
お金さえあれば美人になれる

56 ：
フリーパワー自転車のほうがすごい。

常温超伝導やらねーとロスだらけじゃないのかなあ。。

57 ：
>>56
何のロスよ？

58 ：
EVの電池より水素の方が技術革新が早いんじゃないか？

59 ：
>>9
お
夢の錬金術が実現か?

60 ：
>>「金」で

金塊を買って、１０年くらい　寝かせれば、　４０倍に値上げするって　事かな？

61 ：
科学板と言いながら、反応がいいのは石油と金の話題。

62 ：
>>3
水

63 ：
金で加速，パラジウムの水素吸収　〜じゃまもので高性能化〜
http://nanonet.mext.go.jp/topics_ntj/?mode=article&article_no=4395

64 ：
金が良いなら、鉛ではどうだろうか、銀ではどうだろうか、カドミウムではどうだろうか、
スズではどうだろうか、ルテニウムではどうだろうか、銅ではどうだろうか、鉄ではどうだろうか、。。。

65 ：
>>58
EVは送電網使う状況では普及しようがない
FCVの方がインフラ整備が低コストで
エンジン車から移行する上でデメリットも無い

66 ：
>>65
ほんこれ
こと日本ではそこら中に電線が張り巡らされてるから、EVのインフラが整ってると勘違いする人が多いけど、送電網の大規模増強無しで今走ってる車がEVに置き換われば毎日大停電待ったなし

あと、水素も同じだけど、１次エネルギーが化石燃料である以上はガソリンエンジン車が一番環境にいい(エネルギーロスが少ない)

67 ：
>>14
通気すればいいだけじゃん？
そもそも水溶液で使うんだから潮解性関係ないし

68 ：
>>66
ガソリン以外も燃料に使えるのがミソかと

下手に水素積むよりは重油積んで木炭車のように改質しながらエンジン回すほうがほとんどの面で効率的なのかもしれん

69 ：
燃料電池は車はあきらめて電力貯蔵を目指した方が良くないか

70 ：
>>69
もちろんそれもやってる
どういう時代が来てもいいように複数の研究を並列で進めてる
途上国じゃないんだから、一つの路線に全賭けなんてしない

71 ：
>>15
Ｂがちょっと大きくて格子を少し大きくすることで
水素の侵入が速くなるじゃなかったっけ？

72 ：
>>1
元素も金があると、反応速度が・・・が・・・・が・・・・・が・・・


やっぱ金かーーー

73 ：
金ってやっぱ特別なんだな

74 ：
キンでもカネでも特別

75 ：
金買うかな

76 ：
40倍じゃ余剰熱も出まくりですな

77 ：
パラジウムは自分の体積の900倍の水素を取り込むと聞いてすげえと思ったが、
水素って軽いから体積のわりにエネルギーが無いんだよな

「自分の質量の900倍」くらい取り込める合金があれば一気に実用レベルになるんだが

78 ：
>>23
最近どっかの学校で、その実験で事故起きてなかったっけ？

79 ：
水の電気分解の実験で水素の方に空気混ざっちゃうのはよくある

80 ：
金って不思議だねえ。オーディオでも、ボリュームに金をコーティングするだけで音質が良くなったりもする。

81 ：
>>80
ニッケルメッキの方が汚れや物理的力による剥離につよいぞ

82 ：
東大はＫ総長の時代から温暖化詐欺集団になり下がったね。哀れ。いや税金返せ、

83 ：
>>77
体積比だとねえ。
それでも1000気圧相当だし、液体水素並。重さは劣るが。

84 ：
>>10
水溶液にして、細かい霧状にして空から撒けばいけるんじゃね？

85 ：
>>54
そんなあなたに光合成ですよ

86 ：
それなら、その金の表面合金層のパラジウム電極を使って
水の電気分解をしたら、常温核融合が40倍よくなるのだろうか？

87 ：
>>86
今時電極反応で核融合とかw
さてはオメー70代だなw

88 ：
>>85
ものになればいいんだけどねー

89 ：
キMを大量に張り付ければ良い

90 ：
金のタマなら
毎日ぶら下げて歩き回ってるよ

２つ

91 ：
海外では車の動力源はガソリンが最も効率的
しかし、日本ではガソリン（石油）には無駄
飯食いの商社が絡んでくるので効率が悪い

EVにしても原発１００％なら高効率だが火力
発電だと、やはり商社が世界一高い価格で資
源買ってくるので電気代が韓国の４倍になり
効率が悪い

中部電力と大阪ガスは無駄飯食いの商社をスル
ーして自社で資源買ったら従来より4割安く買え
た

脱原発に必須の天然ガス調達で中部電と大ガスがあけた風穴
://diamond.jp/articles/-/23775

92 ：
水素にも商社が絡んで来るので効率が悪い

結局、日本では太陽光発電の性能が上がっ
て屋根の上だけで電気を１００％自給でき
るようになるか、個人宅で水から水素を作
ってエネルギーを１００％自給できるレベ
ルになるまで効率が悪いまま

93 ：
熱かけないと取り出せないから実用化されない

94 ：
これってNiMH電池の出力密度も高められるんけ？

95 ：
水素なんて面白くねえ
屋上や海上で光合成細菌を培養してATP抽出
そして生物モーターで動く車を作ろうぜ

96 ：
>>1
金があればたっぷりHを堪能できるわけか

97 ：
歯科の銀歯
あれ金12%のパラジウム合金って言うらしいけど口の中で水素吸着してんの？

98 ：
>>77
先生、質量比で900倍だと普通に常温核融合が見えてきちゃう気がします

99 ：
>>1
この世はすべて金次第・・・

100 ：
>>97
口内で水素発生してんのか？

101 ：
>>99
呼んだニカ？

102 ：
パラジウムの板あるいは膜の面に垂直な方向に強い磁場を掛けたら、
水素が膜を通過する現象の速度について何か変化が起こらないかな。
あるいは水平方向ならどうか？
　あるいはまた，揺さぶりをかけるべく、超音波で板を振動させたら
活性化エネルギーを得て水素の拡散が早まったりしないかな。

103 ：
レアメタルを使う時点で画期的でも何でも無いよｗｗ
地球の限られた資源を無駄に使うだけじゃん

金のリサイクル率知ってんのか？ｗ　鉄やアルミのようにできてると思ったら大間違いだ
発表できないくらい酷いんだぞｗ（５％以下ｗ）

白金族６元素使うのも、金使うのもさして変わらんよｗ

104 ：
ロジウムは高価だからと、パラジウムとルテニウム（元素表の両隣）を足して人工的な疑似ロジウム作成に
ＪＳＴが成功したというが、どっちも長期的にみりゃ変わらん
そもそも白金族なんて、政情不安なロシアと南アフリカに供給頼ってるんだからな

その疑似的に元素を作る技術は有用だというなら、是非ともコバルトを鉄とニッケル（元素表の両隣）から作りだして欲しいものだよ

非常に割れにくいセラミックス（ケイ素）がバナジウムの代わりになるというのは有用だが、
レアメタルを使ってレアメタル代用させる技術なんて、（レアメタル枯渇が噂される2050年頃までの）人類文明の寿命延ばすことには
何ら意味がない

105 ：
水素の一番安定な保存方法は炭素と結合することだ

ガスや石油のようにね

って、昔からあるじゃん

106 ：
これで燃料電池駆動式潜水艦が就航してほしいよね

107 ：
>>106
燃料電池がAIPの潜水艦なんて数十年前からあるよ　
日本がスターリングエンジン選んだから馴染みがないだけで

108 ：
むしろAIPあると運用が面倒ってことで、次の潜水艦からは全部取っ払って
リチウムイオン電池オンリーでやることになったぞ
充電量がむちゃくちゃ増えたから問題ないんだと

109 ：
>>108
まあ正確には細く長くより太く短くを選択したんだけどな
今でもじっと海底にくっついてるみたいのはAIPの方が向いてる

110 ：
理系で水素社会を推進するような研究結果を出すのは馬鹿
無駄飯食いの総合商社を儲けさせるだけ

理系がやるべきことは自宅の屋根のソーラー発電で電気を
全て自給できるようにする研究や自宅で水から水素を作っ
てエネルギーを全て自給できるようにする研究

要するにエネルギーを無駄飯食いの商社を介さずに得られ
るようにする研究

トヨタのミライを出すのは自宅で水素を自給できるように
なってからでないとダメ
そこを理解してない理系が以外に多いことに驚く

111 ：
もしあなたが水素社会を推進するような研究部署に配属
されたら、わざと間違えた方向に研究を進めたり重要な
データを見なかったことにしてスルーしたり文系男の真
似して毎日会社でぼけーとして給料もらっとけばいい

112 ：
水素エネルギーとか言ってるけどさ
本当は酸素エネルギーなんだよな
地球の生き物が酸素をつくり、地球を酸素タンクにして
酸素エネルギーシステムを作り上げたんだよ
酸素は色々なものと化合してエネルギーを生み出す優れもの
それにひきかえ、水素は酸素と爆発的に反応するくらい
しかも保管するのが大変な代物
無駄やロスがどうしても大きくなる
例えていうなら
石油を化学合成してガソリン作るようなものなんだよね
水素エネルギーっていうものの実態は

113 ：
金はコストがって言っているけれど
蒸着レベルの使用量だぜ？
金箔日本酒とか金箔を乗せた料理と
比べたらあかん

114 ：
エネルギーを与えなければ水素は生成できない
燃焼によって吐き出したエネルギーと同等以上のエネルギーを与えなければ
水素は生成できない
結局水素はエネルギーの入れ物に過ぎない
その与えるエネルギーをどこから持ってくるのか
その答えは容易ではない。規模が大きくなればなるほど

CO2が増えているわけだからそれを減らせばいいだけなのに、何故それをしないのか
地球の大気は最初は酸素はほとんどなかった
窒素とCO2ぐらいしかなかった
それを生物は自分の力で合成して大気中から除去していった
それに必要なエネルギーは太陽光のエネルギーで賄えた
大気を酸素タンクにして作り上げた酸素エネルギーシステムを
何故破壊したまま無駄の多い水素エネルギーに走るのだろう
生物が長い年月をかけてCO2とカルシウムを化合して
石灰岩として地中に埋蔵したのに
それをどんどん掘り出して分解してCO2を吐き出す人間
何故落ち着いて考えない
一体お前たちは何をしているんだ

115 ：
炭酸カルシウム大量に作るしかないなｗ

116 ：
>>113
＞金箔日本酒とか金箔を乗せた料理

ウンチになって出ていくだけやもんなｗ
当然再処理にもならんし、全くの無駄ｗ

117 ：
>>116
漢方では精神安定に効果がある

118 ：
コスト考えない東大

119 ：
最後は金だ

120 ：
実験に金1キログラムを使って、実験が終わったら廃棄すればいい。

121 ：2018/09/11
高温で作動するタービンのブレードにも、少しだけ金とかプラチナを表面に
付けて置けば、寿命や耐久性が増すかもしれないな。

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