用鋁合金合成出間隙型氫化物，向輕量貯氫合金邁出第一步

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圖1 此次研究中使用的裝置的示意圖（點擊放大）

圖2 通過輻射光直接觀察法獲得的氫化反應前後Al2Cu試樣的粉末X光衍射分佈圖，以及表示對應原子排列方式的示意圖（點擊放大）

【日經BP社報導】日本原子能研究開發機構的研究小組與日本東北大學金屬材料研究所、該大學原子分子材料科學高等研究機構通過共同研究，使用以鋁（Al）為主要原料的合金在全球首次成功合成了間隙型氫化物。這項研究成果有望實現比原來更輕更便宜的貯氫合金，研究目標是為燃料電池車提供貯氫合金。

用於燃料電池車時，要求貯氫合金輕量化。此前的貯氫合金除了鎂（Mg）等部分特例之外，大多使用鎳（Ni）、鈀（Pd）等比較重的金屬，而使用鋁的話，重量就會減輕許多。

以鋁為主要原料的氫化物方面，雖然已經有絡合鋁氫化物，但一直沒有出現兼具吸氫和放氫兩種功能的材料。另一方面，儘管人們知道很多金屬和合金可以形成與絡合氫化物性質不同的間隙型氫化物，但還沒有以鋁為主要原料的間隙型氫化物的成功資訊。

此次的研究在全球首次成功使鋁與銅的合金Al2Cu與在高溫高壓環境下與氫氣發生反應，合成了氫化物Al2CuH。雖然這並不意味著此次合成的物質能夠直接實用，但至少證明以鋁為主要原料的輕量貯氫合金可以實現。

這項研究使用了大型輻射光設施「Spring-8」。SPring-8的光束生產線中設置了名為Multi Anvil Press的裝置。研究人員在改變溫度和壓力的同時，通過「輻射光直接觀察」法觀察了試樣的情況，了解是否發生了氫化反應（圖1）。在數百攝氏度、10萬個大氣壓的高溫高壓條件下，確認能夠合成出以鋁為主要原料的間隙型氫化物。

「輻射光直接觀察」利用基於透射X光的X光衍射法，直接觀察高溫、高壓下試樣的情況。通常進行高溫高壓實驗時，會利用可產生壓力的部件將試樣封閉起來，因此觀察試樣的方法受到限制。通常的方法是先將高溫高壓下處理過的試樣恢復為常溫常壓，然後再回收、分析，並推測高溫高壓下發生的反應。而SPring-8產生的極強X光可以穿過試樣周圍的部材，因此可在高溫高壓下直接觀察。

X光衍射法會在對應原子排列方式的間隔也就是表面間隔的位置出現峰值。表面間隔與衍射X光的強度之間的關係可製作成X光衍射分佈圖。合金被氫化、原子的排列方式發生變化後，該峰值就會出現在不同位置。

圖2表示的是用輻射光直接觀察法觀察Al2Cu合金被氫化前後的情況。從中可以看出，達到10萬個大氣壓、約800℃之後記錄的分佈圖（最下面的線）約60秒後開始發生變化，在藍色圓點所示的表面間隔位置出現了新峰值。這表明，產生了原子排列方式不同的氫化物，而且數量在不斷增加。

這項研究證明能夠以鋁為主要原料合成間隙型氫化物。今後還有望利用相同的方法實現多種以鋁為主要原料的間隙型氫化物。比如，將合金中的部分銅換成其他類似金屬，就要可以開發出其他氫化物。通過合成以鋁為主要原料的多種間隙型氫化物，有望實現重量輕、價格便宜的以鋁為主要原料的高性能貯氫合金。（記者：濱田 基彥，《日經汽車技術》）   

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