Real-time-resolved observation of hydrogen absorption reaction for Pd nanoparticles

パラジウムナノ粒子の水素吸蔵反応の実時間分割観測

松村 大樹   ; 岡島 由佳*; 西畑 保雄; 水木 純一郎

Matsumura, Daiju; Okajima, Yuka*; Nishihata, Yasuo; Mizuki, Junichiro

アルミナ上のPd微粒子における水素吸蔵反応を、分散型光学系を持ったX線吸収分光測定システムにおいて、Pd微粒子側の観点から実時間分割観測した。Pd微粒子の平均粒径の変化が水素吸蔵反応の反応速度にどのような影響を与えるかを中心に測定を行った。その結果、Pd微粒子の平均粒径が減少するにつれ、水素吸蔵量は減少する一方、水素吸蔵の反応速度は上昇することがわかった。決定された反応次数からは、水素吸蔵反応における反応律速は表面解離吸着過程にあることがわかった。また、Pd-Pd最近接原子間距離のDebye-Waller因子は、反応中のみ大きな値を取ることが示された。これは、水素吸蔵反応の中間状態として、水素化物状態に相当する長距離結合と固溶体状態に相当する短距離結合との双方が、ナノサイズの粒子であるのにもかかわらず存在していることを示している。

Structural change of Pd nanoparticles on aluminum oxide during hydrogen absorption reaction was directly observed by X-ray absorption fine structure spectroscopy with dispersive optics. Mean particle size dependence of reaction kinetics was also studied. As the mean particle size decreases, the amount of absorbed hydrogen atoms decreases but the reaction rate increases. Determined reaction order implies that the rate of the hydrogen absorption reaction is limited by the surface dissociative adsorption step. Debye-Waller factor of Pd-Pd interatomic distance shows large value only while the hydrogen absorption reaction proceeds. This means that longer interatomic distance in hydride phase coexists with shorter interatomic distance in solid-solution phase in the Pd nanoparticle as the intermediate state of the hydrogen absorption reaction.