界面电子态改善了Pd-MOF材料的储氢能力

界面电子态改善了Pd-MOF材料的储氢能力

NIMS、九州大学(Kyushu University)和京都大学(Kyoto University)共同发现了一种机制，通过这种机制，由钯(Pd)和金属-有机骨架(MOFs)组成的混合材料能够储存的氢大约是由钯单独组成的材料的两倍。混合材料更大的储氢能力与它的电子状态的微小变化有关，这是由电荷从Pd到MOFs的转移引起的，电荷约为0.4个电子。因此，联合研究小组成功地确定了这些材料的电子状态与其储氢性能之间的定量关系。这些发现可能有助于开发具有优良储氢性能或具有高效催化氢化反应能力的新型混合材料。

氢是一种可行的下一代能源。氢的广泛使用需要有效的储氢方法。过渡金属，如钯，具有优良的储氢性能。最近的研究表明，由过渡金属纳米颗粒和MOFs组成的材料的储氢能力明显高于仅由过渡金属组成的材料。据预测，这些增加的储氢能力与过渡金属与金属间界面电荷的转移有关。然而，增加储氢能力的机制并没有得到定量的了解(例如，转移的电荷量)。

我们研究了由Pd纳米bes和MOFs(具体为铜(II) 1,3,5 -苯三羧酸盐，简称HKUST-1)组成的混合材料Pd@HKUST-1的电子状态，该材料能够储存约两倍于仅由Pd纳米bes组成的材料的氢。在这项研究中，我们在世界上最大的同步辐射设备SPring-8上使用了NIMS的同步辐射x射线束。另外，我们分别计算了Pd和HKUST-1的电子状态，并与Pd@HKUST-1的电子状态进行比较。结果，我们发现Pd纳米器件向MOFs传输了约0.4个电子的电荷。这种微小的电荷转移可能使Pd纳米管中的电子带能够储存更多的氢，从而使混合材料的储氢能力比仅由Pd纳米管组成的材料提高了近一倍。

由过渡金属纳米颗粒和MOFs组成的混合材料不仅能够储存大量的氢，而且能够有效催化氢化反应。本研究中开发和使用的测量和分析电子状态的方法可能会加速新型混合材料的开发，从而大大提高储氢和催化能力。