液体水素製造時の蒸発ロスを防ぐ触媒の発見 — 液化前に水素分子の安定化(=発熱)を促進し、水素社会の実現に寄与 —

2026-04-06 物質・材料研究機構,東京科学大学,高知工科大学

物質・材料研究機構(NIMS)と東京科学大学、高知工科大学の研究チームは、液体水素の蒸発ロスを抑制する新しい高性能触媒を開発した。水素は液化時にオルソ水素からパラ水素への変換が不十分だと、貯蔵中に発熱し蒸発損失を生じる。本研究では、酸化物表面の不均一な電場が変換を促進する新機構を提案し、シリカやアルミナに鉄・コバルトナノ粒子を担持した触媒を開発。従来の磁性依存触媒より高性能を示し、液化前に水素を安定化できることを実証した。水素輸送効率の向上により、水素エネルギー社会の実現に貢献する成果である。

液体水素製造時の蒸発ロスを防ぐ触媒の発見 — 液化前に水素分子の安定化(=発熱)を促進し、水素社会の実現に寄与 —

<関連情報>

表面電場勾配に基づくオルト-パラ水素変換触媒の探索 Exploring Ortho–Para Hydrogen Conversion Catalysts Based on Surface Electric Field Gradient

Hiroshi Mizoguchi,Yuichi Shirako,Shusaku Shoji,Hideki Abe,Takeshi Fujita,and Hideo Hosono
The Journal of Physical Chemistry Letters  Published: March 11, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c00357

Abstract

According to our hypothesis that ortho (O) to para (P) hydrogen conversion is promoted by an inhomogeneous electric field on the surface of the insulating oxide with high ionicity, we searched for OP conversion catalysts using lattice energy as an indicator of high ionicity. As a result, we found new oxide catalysts, including SiO2, γ-Al2O3, and CeO2 combined with 3d late transition metal cocatalysts. The fraction of para-H2 on 5%Fe-loaded SiO2 powder reached 50% (equilibrium value at 77 K) within 20 min. The activities of these catalysts are significantly superior to those of benchmark catalysts, such as Mn3O4. The cocatalyst nanoparticles of 1–12 nm size dispersed on the oxide catalysts adsorb hydrogen well without dissociating it. The nuclear spin state of ortho-H2 adsorbed at the asymmetric site (nonzero electric field gradient) of the oxide surface is thermally excited by nuclear quadrupole interaction, and the OP conversion rate is increased by nuclear spin relaxation.

0502有機化学製品
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