水素は石油の代替となるエネルギー源として近年注目を集めており、燃料電池などのエネルギー変換に関してだけでなく、製造、貯蔵、輸送など効率化についても多くの研究がなされている。しかしながら、特に輸送と貯蔵に関しては、水素ガスは鋼を脆化させるため、従来の天然ガスのシステムを適応するのが難しく、まだ多くの課題が残されている。その貯蔵法の選択肢のひとつとして水素吸蔵材料の利用があげられる。水素原子は水素吸蔵材料の中で規則的に配置するため、非常に高い水素充填密度が実現できる。また、吸蔵および放出の制御を比較的低い平衡水素圧、もしくは電気化学的に行えるため、水素吸蔵材料を用いたボンベは高圧水素ガスボンベの代替としても利用されている。一方、水素吸蔵効率の良い材料を開発するためには、その材料への水素の吸蔵のメカニズムを詳しく知る必要がある。そのために水素吸蔵材料の物性特性を調べる必要があるが、その材料の電子状態を調べた研究はあまり多くない。そのため水素吸蔵材料における水素の吸蔵時と放出時の電子状態を光電子分光によって調べることは、新奇材料の開発のためにも重要である。 今回は水素吸蔵材料として単金属であるチタンを取り上げる。バルクのチタンは単位質量当たりの水素吸蔵量が多い一方で水素の放出温度が約600℃と比較的高い値をとる。また薄膜のチタンの水素放出温度はバルクより低くなるが、膜の作製条件によって200℃から400℃異なる値が報告されている。これは安定性としては有利であるが、逆に取り出しに多くのエネルギーを必要とすることを意味する。そこで水素の放出のために非熱的な電子励起の利用が候補となる。Hirotaらは、金属Si-MOS系のFe/SiO₂/Siにおいてゲート電圧を印加しキャリアを励起することにより吸着ガス等の非熱的脱離が起こることを明らかにした。この現象を水素化チタンに応用することによって、効率のよい水素の脱離方法が開発できる可能性がある。

カテゴリ: 化学
質問: 水素の放出温度の平均は500℃ですが、今回のバルクのチタンは平均より何度高い放出温度ですか。
回答: バルクのチタンは平均より放出温度が100℃高いです。