JP2006142281A - Aluminum type nanocomposite catalyst, its manufacturing method and hydrogen occluding composite material using it - Google Patents

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JP2006142281A JP2005281256A JP2005281256A JP2006142281A JP 2006142281 A JP2006142281 A JP 2006142281A JP 2005281256 A JP2005281256 A JP 2005281256A JP 2005281256 A JP2005281256 A JP 2005281256A JP 2006142281 A JP2006142281 A JP 2006142281A
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泰明 河合
Tetsuya Haga
哲哉 芳賀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum type nanocomposite catalyst capable of increasing the speed of hydrogen occlusion and release of hydrogen occlusion material and making the temperature of hydrogen occlusion and release lower, to provide a manufacturing method of the aluminum type nanocomposite catalyst and, further, to provide a hydrogen occlusion composite material capable of occluding and releasing a large amount of hydrogen at lower temperature. <P>SOLUTION: The aluminum type nanocomposite catalyst includes nanometer-sized aluminum (Al) and nano-particles consisting of a compound between at least transition metal and Al to produce composites of the nanometer-sized Al and the nano-particles in the high dispersed state. The aluminum type nanocomposite catalyst is manufactured by mechanically crushing a raw material mixture consisting of: a composite hydride between at least one kind selected from alkali metal element and alkali earth metal element and Al; and a chloride including transition metal. The composites as the hydrogen occlusion composite material are obtained by highly dispersing the aluminum type nanocomposite catalyst to hydrogen occlusion material. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水素吸蔵材料の水素吸蔵放出特性を向上させるアルミニウム系ナノ複合触媒、その製造方法、およびそれを用いた水素吸蔵複合材料に関する。   The present invention relates to an aluminum-based nanocomposite catalyst that improves the hydrogen storage / release characteristics of a hydrogen storage material, a method for producing the same, and a hydrogen storage composite material using the same.

近年、二酸化炭素の排出による地球の温暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーの実用化にむけて、水素を安全に貯蔵、輸送する技術の開発が重要となる。水素の貯蔵方法にはいくつかの候補があるが、なかでも水素を可逆的に吸蔵、放出することのできる水素吸蔵材料を用いる方法が有望である。水素吸蔵材料として、活性炭、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料や、種々の金属水素化物が知られている。   In recent years, hydrogen energy has attracted attention as a clean alternative energy due to environmental problems such as global warming caused by carbon dioxide emissions and energy problems such as exhaustion of petroleum resources. For the practical application of hydrogen energy, it is important to develop technology for safely storing and transporting hydrogen. There are several candidates for the hydrogen storage method, and among them, a method using a hydrogen storage material capable of reversibly storing and releasing hydrogen is promising. As hydrogen storage materials, carbon materials such as activated carbon, fullerene, and nanotubes and various metal hydrides are known.

金属水素化物としては、軽量で、水素吸蔵量が大きいという理由から、リチウム(Li)やマグネシウム(Mg)を構成元素とした水素化物や、アルカリ金属とアルミニウム(Al)との水素化物(LiAlH4、NaAlH4等)が注目されている(例えば、非特許文献1、2参照)。
また、非特許文献3には、AlHをボールミル処理すると、水素放出の開始温度が、180℃前後から約100℃まで低下することが記載されている。
さらに、特許文献1には、AlHの合成方法が開示されている。同文献には、LiHとAlClとを反応させることによってAlHが得られる点、及び、この反応は、エーテルのような溶媒中において行うのが好ましい点が記載されている。
Viktor P.Balema、他3名、"Rapid solid-state transformation of tetrahedral[AlH4]- into octahedral[AlH6]3- in lithium aluminohydride"、「Chem. Commun」、2000年、p.1665−1666 Jun Chen、他4名、"Reversible Hydrogen Strage via Titanium-Catalyzed LiAlH4 and Li3AlH6"、「J.Phys.Chem.B」、2001年、vol.105、p.11214−11220 Sandrock et al., Appl.Phys. A, 80(2005)687-690 米国特許第2567972号
As a metal hydride, it is lightweight and has a large hydrogen occlusion amount. Therefore, a hydride containing lithium (Li) or magnesium (Mg) as a constituent element, or a hydride of alkali metal and aluminum (Al) (LiAlH 4 , NaAlH 4, etc.) are attracting attention (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
Non-Patent Document 3 describes that when AlH 3 is ball milled, the hydrogen release start temperature decreases from around 180 ° C. to about 100 ° C.
Furthermore, Patent Document 1 discloses a method for synthesizing AlH 3 . This document describes that AlH 3 can be obtained by reacting LiH with AlCl 3 and that this reaction is preferably carried out in a solvent such as ether.
Viktor P. Balema and three others, "Rapid solid-state transformation of tetrahedral [AlH4]-into octahedral [AlH6] 3-in lithium aluminohydride", "Chem. Commun", 2000, p. 1665-1666 Jun Chen and four others, “Reversible Hydrogen Strage via Titanium-Catalyzed LiAlH4 and Li3AlH6”, “J.Phys.Chem.B”, 2001, vol. 105, p. 11214-11220 Sandrock et al., Appl.Phys. A, 80 (2005) 687-690 US Pat. No. 2,567,972

しかし、上記水素化物は、水素の吸蔵、放出速度が遅いため、実用に適さない。例えば、非特許文献1、2には、TiCl4、TiCl3・AlCl3を触媒として用い、LiAlH4の水素放出特性を向上させる試みが開示されている。しかし、水素吸蔵、放出温度の低温化は実現しておらず、水素吸蔵放出特性は、実用にはいまだ充分とはいえない。
また、AlH3は、単位重量あたりの水素密度が相対的に高く、その水素貯蔵量は約10wt%に達する。また、AlH3は、他の水素吸蔵材料に比べて、熱的不安定であり、単に機械的粉砕処理するだけでも、水素放出開始温度を低下させることができる。しかしながら、水素吸蔵放出システムを高効率化させるためには、水素放出開始温度をさらに低下させることが望まれる。さらに、AlH3の高活性を利用した水素吸蔵材料用の触媒が作製された例は、従来にはない。
However, the hydride is not suitable for practical use because of its slow hydrogen storage / release rate. For example, Non-Patent Documents 1 and 2 disclose attempts to improve the hydrogen release characteristics of LiAlH 4 using TiCl 4 and TiCl 3 · AlCl 3 as catalysts. However, the hydrogen storage / release temperature has not been lowered, and the hydrogen storage / release characteristics are still not sufficient for practical use.
AlH 3 has a relatively high hydrogen density per unit weight, and its hydrogen storage amount reaches about 10 wt%. In addition, AlH 3 is thermally unstable as compared with other hydrogen storage materials, and the hydrogen release start temperature can be lowered only by mechanical pulverization. However, in order to increase the efficiency of the hydrogen storage / release system, it is desired to further lower the hydrogen release start temperature. Furthermore, there has been no example in which a catalyst for a hydrogen storage material utilizing the high activity of AlH 3 has been produced.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、水素吸蔵材料の水素吸蔵、放出速度を速め、水素吸蔵、放出温度の低温化を実現することのできるアルミニウム系ナノ複合触媒、およびその製造方法を提供することを課題とする。また、アルミニウム系ナノ複合触媒を用いることで、より低温で多量の水素を吸蔵、放出することのできる水素吸蔵複合材料を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, an aluminum-based nanocomposite catalyst capable of increasing the hydrogen storage and release speed of the hydrogen storage material, and realizing the hydrogen storage and lowering of the release temperature, and It is an object to provide a manufacturing method thereof. Another object of the present invention is to provide a hydrogen storage composite material that can store and release a large amount of hydrogen at a lower temperature by using an aluminum-based nanocomposite catalyst.

本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、ナノメートルサイズのアルミニウム(Al)と、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されていることを特徴とする。
本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる一種以上とAlとの複合水素化物と、遷移金属を含む塩化物と、からなる原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、該原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る機械的粉砕処理工程と、を含むことを特徴とする。
さらに、本発明に係る水素吸蔵複合材料は、水素吸蔵材料に本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒が高分散状態で複合化されていることを特徴とする。
The aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention includes nanometer-sized aluminum (Al) and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, and these are composited in a highly dispersed state. Features.
The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention comprises a raw material mixture comprising a composite hydride of at least one selected from an alkali metal element and an alkaline earth metal element and Al, and a chloride containing a transition metal. A raw material mixture preparation step to be prepared, and mechanically pulverizing the raw material mixture to include nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, which are combined in a highly dispersed state. And a mechanical pulverization step for obtaining an aluminum-based nanocomposite catalyst.
Furthermore, the hydrogen storage composite material according to the present invention is characterized in that the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention is combined with a hydrogen storage material in a highly dispersed state.

本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の2番目は、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されている。
本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法の2番目は、AlH3を含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、前記原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る機械的粉砕処理工程とを備えている。
本発明に係る水素吸蔵複合材料の2番目は、水素吸蔵材料と、該水素吸蔵材料に分散させた本発明に係る2番目のアルミニウム系ナノ複合触媒とを備えている。
さらに、本発明に係る水素吸蔵複合材料の3番目は、AlHを含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製し、前記原料混合物を機械的粉砕処理することにより得られたものからなる。
The second of the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention includes nanometer-sized Al and nanoparticles composed of at least a transition metal, a transition metal compound or an alkali metal compound, and these are composited in a highly dispersed state. Yes.
The second method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention is a raw material containing a hydride containing AlH 3 and one or more selected from transition metals, transition metal halides, and alkali metal halides. A raw material mixture preparation step for preparing a mixture, and mechanically pulverizing the raw material mixture to include nanometer-sized Al and nanoparticles composed of at least a transition metal, a transition metal compound, or an alkali metal compound, which are highly dispersed And a mechanical pulverization process for obtaining an aluminum-based nanocomposite catalyst that is composited in a state.
A second hydrogen storage composite material according to the present invention includes a hydrogen storage material and a second aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention dispersed in the hydrogen storage material.
Further, the third of the hydrogen storage composite material according to the present invention is a raw material mixture containing a hydride containing AlH 3 and one or more selected from transition metals, transition metal halides, and alkali metal halides. It consists of what was prepared and obtained by carrying out the mechanical grinding | pulverization process of the said raw material mixture.

本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒は、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されてなる。本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒によれば、水素吸蔵材料の水素吸蔵、放出速度を速め、水素吸蔵、放出温度の低温化を実現することができる。また、本発明の製造方法によれば、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒を、簡便に製造することができる。また、本発明の水素吸蔵複合材料は、水素吸蔵材料に、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒が高分散状態で複合化してなる。本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒により水素吸蔵、放出速度が速くなり、本発明の水素吸蔵複合材料は、より低温下で、多量の水素を吸蔵、放出することができる。   The aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention includes nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, and these are composited in a highly dispersed state. According to the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention, the hydrogen storage / release speed of the hydrogen storage material can be increased, and the hydrogen storage / release temperature can be lowered. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the aluminum-type nano composite catalyst of this invention can be manufactured simply. Moreover, the hydrogen storage composite material of the present invention is formed by combining the hydrogen storage material with the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention in a highly dispersed state. The aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention increases the hydrogen storage and release speed, and the hydrogen storage composite material of the present invention can store and release a large amount of hydrogen at a lower temperature.

また、AlHを含む水素化物に対して、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び/又は、アルカリ金属のハロゲン化物を加えて、機械的混合粉砕処理すると、ナノメートルサイズのAlと、遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化された複合触媒が得られる。ナノメートルサイズのAl及びナノ粒子は、水素吸蔵材料の水素吸蔵放出反応の開始温度を低下させる触媒としての作用がある。そのため、この複合触媒と水素吸蔵材料とを複合化させると、低温で多量の水素を吸蔵、放出することが可能な水素吸蔵複合材料が得られる。
さらに、AlHを含む水素化物は、相対的に単位重量あたりの水素密度は高いが、水素放出開始温度は相対的に高い。しかしながら、これに遷移金属、遷移金属のハロゲン化物又はアルカリ金属のハロゲン化物を加えて機械的粉砕処理すると、AlHを含む水素化物が熱的に不安定となる。そのため、低温で多量の水素を吸蔵、放出させることが可能な水素吸蔵複合材料が得られる。
Further, when a transition metal, a halide of a transition metal, and / or a halide of an alkali metal is added to a hydride containing AlH 3 and mechanically mixed and pulverized, nanometer-sized Al and transition metal are obtained. In addition, a composite catalyst is obtained which includes nanoparticles made of a transition metal compound or an alkali metal compound and is composited in a highly dispersed state. Nanometer-sized Al and nanoparticles act as a catalyst that lowers the starting temperature of the hydrogen storage / release reaction of the hydrogen storage material. Therefore, when the composite catalyst and the hydrogen storage material are combined, a hydrogen storage composite material capable of storing and releasing a large amount of hydrogen at a low temperature is obtained.
Furthermore, a hydride containing AlH 3 has a relatively high hydrogen density per unit weight, but a relatively high hydrogen release start temperature. However, when a transition metal, a transition metal halide or an alkali metal halide is added to this and mechanically pulverized, the hydride containing AlH 3 becomes thermally unstable. Therefore, a hydrogen storage composite material capable of storing and releasing a large amount of hydrogen at a low temperature can be obtained.

以下、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒、その製造方法、および水素吸蔵複合材料について詳細に説明する。なお、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒、その製造方法、および水素吸蔵複合材料は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   Hereinafter, the aluminum-based nanocomposite catalyst, the production method thereof, and the hydrogen storage composite material of the present invention will be described in detail. The aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention, the production method thereof, and the hydrogen storage composite material are not limited to the following embodiments, and can be changed by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It can be implemented in various forms with improvements and the like.

<本発明の第1の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒>
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されてなる。
<Aluminum-based nanocomposite catalyst according to the first embodiment of the present invention>
The aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment includes nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, and these are composited in a highly dispersed state.

本実施の形態に係る複合触媒は、後述するように、Alを含む複合水素化物と、遷移金属の塩化物とを機械的粉砕処理し、出発原料をメカノケミカル反応させることにより得られる。従って、複合触媒には、反応生成物であるナノメートルサイズのAl及びナノ粒子に加えて、未反応の出発原料や、中間生成物などが含まれる場合がある。
例えば、Alを含む複合水素化物の一種であるLiAlH4の水素放出過程は、次式(a)〜(c)で示される。
3LiAlH4→Li3AlH6+2Al+3H2・・・(a)
Li3AlH6→3LiH+Al+3/2H2 ・・・(b)
3LiH→3Li+3/2H2 ・・・(c)
LiAlH4に遷移金属の塩化物を加えて機械的粉砕処理すると、遷移金属の塩化物の種類や配合量、粉砕条件等に応じて、LiAlH4の分解が、式(a)〜(c)のいずれかの段階まで進行し、水素及びAlが生成する。生成したAlの一部は、金属状態のまま複合触媒中に残り、他の一部は、遷移金属と反応して化合物を形成する。また、メカノケミカル反応が途中で止まると、複合触媒には、未反応のLiAlH4、及び/又は、LiAlH4が分解してAlを生成する際に副生するLi3AlH6が含まれる場合がある。複合触媒には、これらが含まれていても良い。他の複合水素化物を出発原料に用いる場合も同様である。
As will be described later, the composite catalyst according to the present embodiment is obtained by mechanically pulverizing a composite hydride containing Al and a transition metal chloride and causing a starting material to undergo a mechanochemical reaction. Therefore, the composite catalyst may contain unreacted starting materials and intermediate products in addition to nanometer-sized Al and nanoparticles which are reaction products.
For example, the hydrogen releasing process of LiAlH 4 , which is a kind of composite hydride containing Al, is represented by the following formulas (a) to (c).
3LiAlH 4 → Li 3 AlH 6 + 2Al + 3H 2 (a)
Li 3 AlH 6 → 3LiH + Al + 3 / 2H 2 (b)
3LiH → 3Li + 3 / 2H 2 (c)
When a transition metal chloride is added to LiAlH 4 and mechanically pulverized, LiAlH 4 is decomposed according to the formula (a) to (c) according to the type and blending amount of the transition metal chloride, pulverization conditions, and the like. Proceeding to any stage, hydrogen and Al are produced. A part of the produced Al remains in the composite catalyst in the metal state, and the other part reacts with the transition metal to form a compound. When the mechanochemical reaction stops halfway, the composite catalyst may contain unreacted LiAlH 4 and / or Li 3 AlH 6 that is by-produced when LiAlH 4 decomposes to produce Al. is there. These may be contained in the composite catalyst. The same applies when other complex hydrides are used as starting materials.

「ナノ粒子」とは、出発原料であるAlを含む複合水素化物(例えば、LiAlH4)、出発原料が分解することにより生成するAl、及び、出発原料が分解してAlを生成する際に副生するAlを含む水素化物(例えば、Li3AlH6)以外の物質からなるナノメートルサイズの微粒子をいう。
本実施の形態において、ナノ粒子は、少なくとも、出発原料のメカノケミカル反応により生成する遷移金属とAlとの化合物を含む。
遷移金属は、特に限定されるものではない。例えば、水素吸蔵、放出速度を速める触媒能が高いという理由から、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、バナジウム(V)から選ばれる一種以上であることが望ましい。なかでも、Ti、Zrは好適である。
“Nanoparticle” means a composite hydride containing Al as a starting material (for example, LiAlH 4 ), Al generated when the starting material is decomposed, and a secondary material when the starting material is decomposed to generate Al. This refers to nanometer-sized fine particles made of a material other than hydride containing Al (eg, Li 3 AlH 6 ).
In the present embodiment, the nanoparticles include at least a compound of a transition metal and Al generated by a mechanochemical reaction of a starting material.
The transition metal is not particularly limited. For example, it is a kind selected from titanium (Ti), zirconium (Zr), cobalt (Co), nickel (Ni), chromium (Cr), and vanadium (V) because of its high catalytic ability to accelerate hydrogen storage and release. The above is desirable. Of these, Ti and Zr are preferable.

また、「少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子」とは、遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子に加えて、同化合物以外のナノ粒子が複合化される態様を排除しない趣旨である。
例えば、LiAlHとTiClとを機械的粉砕処理する場合において、TiCl3の配合量や、粉砕条件等に応じて、遷移金属とAlとの化合物(AlTi)の他、Ti、TiH、LiCl等、出発原料の反応により生成した種々の単体、化合物が生成する場合がある。また、反応条件によっては、未反応のTiClが残存する場合もある。これらは、いずれも「ナノ粒子」に含まれる。他の複合水素化物及び他の遷移金属の塩化物を出発原料として用いる場合も同様である。
これらの中でも、遷移金属又はその化合物は、触媒活性が高いので、ナノ粒子を構成する材料として特に好適である。特に、AlTi、Ti、及び、TiClは、活性が高いので、ナノ粒子として好適である。
In addition, “a nanoparticle composed of a compound of at least a transition metal and Al” does not exclude an aspect in which nanoparticles other than the compound are combined in addition to a nanoparticle composed of a compound of a transition metal and Al. It is.
For example, in the case of mechanically pulverizing the LiAlH 4 and TiCl 3, amount or TiCl 3, depending on the milling conditions and the like, other compounds of transition metals and Al (Al 3 Ti), Ti , TiH, Various simple substances and compounds produced by the reaction of starting materials such as LiCl may be produced. Depending on the reaction conditions, unreacted TiCl 3 may remain. These are all included in “nanoparticles”. The same applies when other complex hydrides and other transition metal chlorides are used as starting materials.
Among these, transition metals or compounds thereof are particularly suitable as materials constituting the nanoparticles because of their high catalytic activity. In particular, Al 3 Ti, Ti, and TiCl 3 are suitable as nanoparticles because of their high activity.

ナノ粒子の平均粒子径は、10nm以上50nm以下であることが望ましい。10nm以上20nm以下であるとより好適である。ナノ粒子の平均粒子径は、透過電子顕微鏡(TEM)等で観察して求めることができる。この場合、観察されたナノ粒子を2本の平行線で挟んだ場合の最大長さを粒子径とすればよい。本明細書では、TEMで観察して求めた平均粒子径を採用する。   The average particle diameter of the nanoparticles is preferably 10 nm or more and 50 nm or less. It is more preferable that it is 10 nm or more and 20 nm or less. The average particle diameter of the nanoparticles can be determined by observing with a transmission electron microscope (TEM) or the like. In this case, the maximum length when the observed nanoparticles are sandwiched between two parallel lines may be the particle diameter. In this specification, the average particle diameter obtained by observing with TEM is adopted.

「ナノメートルサイズのAlとナノ粒子とが高分散状態で複合化されている」とは、ナノメートルサイズのAlとナノ粒子とが、均一に分散している状態をいう。
例えば、出発原料に占める複合水素化物の割合が相対的に多い場合、複合触媒には、メカノケミカル反応により生成したAlに加えて、未反応の複合水素化物、及び、中間生成物であるAlを含む水素化物が含まれる。これらは、ナノメートルサイズの一次粒子になっており、これらの一次粒子が集合してクラスター状(房状)を呈している。一次粒子及びクラスター全体の大きさは、製造条件等により異なるが、それぞれ、5〜50nm程度、及び、100〜200nm程度が好ましい。ナノ粒子は、主として、このようなクラスター状のマトリクス中に、均一に分散した状態になっている。
また、例えば、出発原料に占める複合水素化物の割合が相対的に少ない場合、ナノ粒子の中に、Al等がクラスター又は一次粒子の状態で均一に分散した状態になっている。
「高分散状態で複合化されている」には、これらのいずれの状態も含まれる。
“Nanometer-sized Al and nanoparticles are combined in a highly dispersed state” means a state where nanometer-sized Al and nanoparticles are uniformly dispersed.
For example, when the ratio of the composite hydride in the starting material is relatively large, the composite catalyst contains unreacted composite hydride and Al as an intermediate product in addition to Al generated by mechanochemical reaction. Including hydrides. These are primary particles of nanometer size, and these primary particles are aggregated to form a cluster shape (tuft shape). The size of the primary particles and the entire cluster varies depending on the production conditions, but is preferably about 5 to 50 nm and about 100 to 200 nm, respectively. The nanoparticles are mainly uniformly dispersed in such a cluster-like matrix.
For example, when the ratio of the composite hydride in the starting material is relatively small, Al or the like is uniformly dispersed in the form of clusters or primary particles in the nanoparticles.
“Complexed in a highly dispersed state” includes any of these states.

さらに、本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、出発原料の種類、配合割合、粉砕条件等に応じて、種々の組成を持つ。また、複合触媒には、出発原料に含まれる水素が残留しているが、残留水素量が相対的に多い場合であっても、水素吸蔵材料の水素吸蔵・放出反応の開始温度を低下させるための触媒として機能する。
一般に、複合触媒中の残存水素率(出発原料に含まれる総水素量に対する、複合触媒中に残存する水素量の割合)が小さくなるほど、複合触媒中のAlの含有量が多くなるほど、及び/又は、複合触媒中の遷移金属とAlの化合物の含有量が多くなるほど、活性の高い複合触媒が得られる。
具体的には、出発原料の組成及び機械的粉砕処理条件を最適化すると、残存水素率が90%以下、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、あるいは、20%以下である複合触媒が得られる。
また、出発原料の組成及び機械的粉砕処理条件を最適化すると、複合触媒中の金属Alの含有量が30wt%以上、40wt%以上、50wt%以上、あるいは、60wt%以上である複合触媒が得られる。
さらに、出発原料の組成及び機械的粉砕処理条件を最適化すると、複合触媒中の遷移金属とAlとの化合物の含有量が10wt%以上、20wt%以上、あるいは、30wt%以上である複合触媒が得られる。
Furthermore, the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment has various compositions depending on the type of starting material, the blending ratio, pulverization conditions, and the like. In addition, although hydrogen contained in the starting material remains in the composite catalyst, even if the amount of residual hydrogen is relatively large, in order to lower the starting temperature of the hydrogen storage / release reaction of the hydrogen storage material. It functions as a catalyst.
In general, as the residual hydrogen ratio in the composite catalyst (ratio of the amount of hydrogen remaining in the composite catalyst to the total amount of hydrogen contained in the starting material) decreases, the content of Al in the composite catalyst increases, and / or As the content of the transition metal and Al compound in the composite catalyst increases, a composite catalyst with higher activity can be obtained.
Specifically, when the composition of the starting material and the mechanical grinding conditions are optimized, the residual hydrogen ratio is 90% or less, 80% or less, 70% or less, 60% or less, 50% or less, 40% or less, 30% A composite catalyst of 20% or less is obtained below.
In addition, when the composition of the starting material and the mechanical pulverization conditions are optimized, a composite catalyst having a metal Al content of 30 wt% or more, 40 wt% or more, 50 wt% or more, or 60 wt% or more is obtained. It is done.
Furthermore, when the composition of the starting material and the mechanical grinding treatment conditions are optimized, a composite catalyst in which the content of the compound of transition metal and Al in the composite catalyst is 10 wt% or more, 20 wt% or more, or 30 wt% or more is obtained. can get.

次に、本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の作用について説明する。
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒では、主として遷移金属が水素吸蔵、放出速度を速める触媒としての役割を果たす。遷移金属は、主にAlとの化合物として存在する。この遷移金属とAlとの化合物は、ナノ粒子、つまり、ナノメートルサイズの粒子となっている。遷移金属は微細化されているが、主にAlとの化合物として存在するため、被毒(酸化)され難い。
Next, the operation of the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment will be described.
In the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment, the transition metal mainly serves as a catalyst for increasing the hydrogen storage / release rate. Transition metals exist mainly as compounds with Al. The compound of the transition metal and Al is a nanoparticle, that is, a nanometer-sized particle. Although the transition metal is miniaturized, it is hardly poisoned (oxidized) because it exists mainly as a compound with Al.

また、本発明者の検討によれば、ナノメートルサイズのAlも、水素吸蔵、放出速度を速める触媒能を持つことが確認されている。このように、複合触媒中に含まれるAlと、遷移金属とが、ともにナノメートルサイズで高活性な状態であるため、本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は活性点を多く持つ。このため、本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、水素吸蔵材料の水素吸蔵、放出速度を速める触媒能が高い。よって、本実施の形態に係る複合触媒によれば、水素吸蔵材料の水素吸蔵、放出速度が速くなり、水素吸蔵、放出温度の低温化を実現することができる。   Further, according to the study by the present inventors, it has been confirmed that nanometer-sized Al also has a catalytic ability to increase the hydrogen storage and release rate. Thus, since the Al and transition metal contained in the composite catalyst are both in a nanometer size and highly active state, the aluminum-based nano composite catalyst according to the present embodiment has many active sites. For this reason, the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment has high catalytic ability to increase the hydrogen storage / release rate of the hydrogen storage material. Therefore, according to the composite catalyst according to the present embodiment, the hydrogen storage / release speed of the hydrogen storage material is increased, and the hydrogen storage / release temperature can be lowered.

<本発明の第1の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法>
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法は、原料混合物調製工程と、機械的粉砕処理工程とを含む。以下、各工程について説明する。
<Method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the first embodiment of the present invention>
The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment includes a raw material mixture preparation step and a mechanical pulverization treatment step. Hereinafter, each step will be described.

(1) 原料混合物調製工程
本工程は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる一種以上とAlとの複合水素化物と、遷移金属を含む塩化物と、からなる原料混合物を調製する工程である。本工程における「原料混合物」は、複合水素化物と塩化物とを混合したものだけでなく、単に複合水素化物に塩化物を加えたものも含む概念である。
(1) Raw material mixture preparation step This step is a step of preparing a raw material mixture comprising a composite hydride of at least one selected from an alkali metal element and an alkaline earth metal element and Al, and a chloride containing a transition metal. It is. The “raw material mixture” in this step is a concept including not only a mixture of a composite hydride and a chloride but also a mixture of a composite hydride and a chloride.

第一の原料として、Li、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等のアルカリ金属元素、およびベリリウム(Be)、Mg、カルシウム(Ca)等のアルカリ土類金属元素から選ばれる一種以上とAlとの複合水素化物を用いる。例えば、複合水素化物として、比較的軽量な金属から構成されるLiAlH4、NaAlH4、KAlH4、MgAlH4、Ca(AlH4)から選ばれる一種以上を用いるとよい。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。 As the first raw material, at least one selected from alkali metal elements such as Li, sodium (Na), potassium (K), and alkaline earth metal elements such as beryllium (Be), Mg, calcium (Ca), and Al A complex hydride of For example, at least one selected from LiAlH 4 , NaAlH 4 , KAlH 4 , MgAlH 4 , and Ca (AlH 4 ) composed of a relatively light metal may be used as the composite hydride. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used.

第二の原料として、遷移金属を含む塩化物(以下適宜、単に「塩化物」と称す。)を用いる。この塩化物には、遷移金属以外に他の金属が含まれていても構わない。また、遷移金属は、特に限定されるものではない。例えば、水素吸蔵、放出速度を速める触媒能が高いという理由から、Ti、Zr、Co、Ni、Cr、Vから選ばれる一種以上を含むことが望ましい。なかでも、Ti、Zrは好適である。例えば、第二の原料として、これら遷移金属の塩化物[組成式XCl(X:遷移金属、y=1〜4)]を用いるとよい。 As a second raw material, a chloride containing a transition metal (hereinafter simply referred to as “chloride”) is used. This chloride may contain other metals in addition to the transition metal. The transition metal is not particularly limited. For example, it is desirable to include one or more selected from Ti, Zr, Co, Ni, Cr, and V because of their high catalytic ability to increase hydrogen storage and release rates. Of these, Ti and Zr are preferable. For example, chlorides of these transition metals [composition formula XCl y (X: transition metal, y = 1 to 4)] may be used as the second raw material.

複合水素化物と塩化物との配合割合は、複合水素化物と塩化物との反応の進行速度や、製造されるアルミニウム系ナノ複合触媒の触媒能等を考慮して決定すればよい。すなわち、塩化物の配合割合が大きいほど、複合水素化物からの水素放出、およびAlと遷移金属との反応が進行し易い。このように、複合水素化物と塩化物との反応速度が速いと、ナノ粒子の粒子径は小さくなり、未反応の原料も少なくなる。また、アルミニウム系ナノ複合触媒の触媒能も高くなる。よって、塩化物の配合割合を、原料混合物の重量を100wt%とした場合の1wt%以上とすることが望ましい。2.5wt%以上、さらには5wt%以上とすると好適である。一方、塩化物の配合割合がある程度大きくなると、上記反応速度および触媒能の向上効果は変わらない。これより、塩化物の配合割合を50wt%以下とすることが望ましい。10wt%以下とするとより好適である。   The blending ratio of the composite hydride and chloride may be determined in consideration of the rate of progress of the reaction between the composite hydride and chloride, the catalytic ability of the produced aluminum-based nanocomposite catalyst, and the like. That is, the larger the compounding ratio of the chloride, the easier the hydrogen release from the composite hydride and the reaction between Al and the transition metal proceed. Thus, when the reaction rate of the composite hydride and chloride is fast, the particle diameter of the nanoparticles becomes small, and the amount of unreacted raw material also decreases. In addition, the catalytic performance of the aluminum-based nanocomposite catalyst is increased. Therefore, it is desirable that the proportion of chloride is 1 wt% or more when the weight of the raw material mixture is 100 wt%. It is preferable to set it to 2.5 wt% or more, further 5 wt% or more. On the other hand, when the compounding ratio of the chloride is increased to some extent, the effect of improving the reaction rate and catalytic ability is not changed. Thus, it is desirable that the compounding ratio of chloride is 50 wt% or less. More preferably, it is 10 wt% or less.

出発原料の形態は、特に限定されるものではないが、通常、粉末を用いる。また、出発原料として粉末を用いる場合、その粒径は、特に限定されるものではない。一般に、出発原料として粒径の細かい粉末を用いるほど、ナノ粒子からなる複合体を作製するために要する負荷を軽減することができる。一方、必要以上に細かい粉末を出発原料として用いると、粉末表面が酸化等により被毒されるおそれがある。従って、粉末の粒径は、作業性、コスト、被毒の有無等を考慮して、最適な粒径を選択するのが好ましい。   The form of the starting material is not particularly limited, but usually powder is used. Moreover, when using powder as a starting material, the particle size is not specifically limited. In general, the smaller the particle size used as a starting material, the less the load required to produce a composite composed of nanoparticles. On the other hand, if a finer powder than necessary is used as a starting material, the powder surface may be poisoned by oxidation or the like. Therefore, it is preferable to select an optimum particle size in consideration of workability, cost, presence / absence of poisoning, and the like.

(2) 機械的粉砕処理工程
本工程は、前の原料混合物調製工程で調製した原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る工程である。
(2) Mechanical pulverization treatment step This step is a mechanical pulverization treatment of the raw material mixture prepared in the previous raw material mixture preparation step, and nanometer-sized Al and at least nanoparticles composed of a compound of transition metal and Al. And a process for obtaining an aluminum-based nanocomposite catalyst in which these are composited in a highly dispersed state.

本工程では、原料混合物を機械的粉砕を行う処理装置に収容し、所定の雰囲気にて処理する。機械的粉砕処理は、室温近傍温度、大気圧下で行えばよい。また、不活性ガス雰囲気、水素雰囲気、真空雰囲気等、酸素および水分が存在しない雰囲気で行うことが望ましい。
機械的粉砕処理の種類は、特に限定されるものではなく、既に公知となっている噴射圧力や衝突力を利用した処理を用いればよい。例えば、メカニカルグライディング(MG)処理、メカニカルミリング処理、メカニカルアロイング処理等が挙げられる。特に、メカニカルグライディング処理が好適である。なお、処理は、乾式で行うことが望ましい。具体的には、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ジェットミル、ハンマーミル等を使用すればよい。
原料混合物を収容する容器や、粉砕用ボール等の材質は、特に限定されるものではない。例えば、クロム鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼等の構造用合金鋼製の容器、粉砕用ボール等を使用すればよい。
粉砕の諸条件は、使用する装置に応じて、また、処理する原料混合物の量等を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、粉砕エネルギーとしては、重力加速度の5倍(5G)以上が望ましい。
In this step, the raw material mixture is accommodated in a processing apparatus that performs mechanical pulverization, and is processed in a predetermined atmosphere. The mechanical pulverization treatment may be performed at a temperature near room temperature and atmospheric pressure. In addition, it is desirable to perform in an atmosphere free of oxygen and moisture, such as an inert gas atmosphere, a hydrogen atmosphere, or a vacuum atmosphere.
The type of the mechanical pulverization process is not particularly limited, and a process that uses an already known injection pressure or collision force may be used. For example, a mechanical gliding (MG) process, a mechanical milling process, a mechanical alloying process, etc. are mentioned. In particular, a mechanical gliding process is suitable. In addition, it is desirable to perform a process by a dry type. Specifically, for example, a planetary ball mill, a vibration ball mill, a jet mill, a hammer mill or the like may be used.
There are no particular limitations on the materials for the container for containing the raw material mixture and the balls for grinding. For example, a container made of structural alloy steel such as chrome steel, nickel chrome steel, nickel chrome molybdenum steel, chrome molybdenum steel, a ball for pulverization, or the like may be used.
Various conditions for the pulverization may be appropriately determined according to the apparatus to be used and in consideration of the amount of the raw material mixture to be processed. For example, the grinding energy is desirably 5 times (5G) or more of the gravitational acceleration.

機械的粉砕処理では、複合水素化物からの水素放出、およびAlと遷移金属との反応を進行させることが必要となる。また、処理時間が長いほど、Alや出発原料は微細化され、ナノ粒子の粒子径は小さくなる。これらの点を考慮して、使用する原料の種類、塩化物の配合割合等に応じて、処理時間を適宜決定するとよい。
一般に、処理時間が長くなるほど原料間の反応が進行するので、残存水素量が少ない、金属Alの含有量が多い、及び/又は、遷移金属とAlの化合物の含有量が多い複合触媒が得られる。例えば、MG処理を用いて機械的粉砕処理する場合において、高い触媒活性を有する複合触媒を得るには、処理時間は、5分以上が好ましく、さらに好ましくは30分以上、さらに好ましくは1時間以上、さらに好ましくは4時間以上、さらに好ましくは10時間以上、さらに好ましくは24時間以上である。
In the mechanical pulverization treatment, it is necessary to advance the hydrogen release from the composite hydride and the reaction between Al and the transition metal. Further, the longer the treatment time, the finer the Al and starting material, and the smaller the particle size of the nanoparticles. In consideration of these points, the treatment time may be appropriately determined according to the type of raw material to be used, the blending ratio of chloride, and the like.
In general, since the reaction between the raw materials proceeds as the treatment time becomes longer, a composite catalyst having a small amount of residual hydrogen, a high content of metal Al, and / or a high content of a compound of transition metal and Al can be obtained. . For example, in the case of mechanical pulverization using MG treatment, in order to obtain a composite catalyst having high catalytic activity, the treatment time is preferably 5 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer. More preferably, it is 4 hours or longer, more preferably 10 hours or longer, more preferably 24 hours or longer.

機械的粉砕処理することにより、複合水素化物および塩化物は、混合粉砕、微細化される。その結果、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とが生成し、これらが高分散状態で複合化する。製造された本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の好適態様については、上述した通りである。   By the mechanical pulverization treatment, the composite hydride and chloride are mixed and pulverized. As a result, nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al are generated, and these are composited in a highly dispersed state. The preferred embodiment of the produced aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment is as described above.

次に、本実施の形態に係る製造方法の作用について説明する。
例えば、複合水素化物の一種であるLiAlHは、式(a)〜(c)で示すように、3段階の反応で水素を放出する。複合水素化物は、一般に熱的に安定であり、通常、式(a)〜(c)のような反応を生じさせるためには、相対的に高温(150℃)以上に加熱する必要がある。従って、室温下、複合水素化物を単独で機械的粉砕処理しても、複合水素化物の分解反応は進行し難く、水素はほとんど放出されない。
Next, the operation of the manufacturing method according to the present embodiment will be described.
For example, LiAlH 4 , which is a kind of complex hydride, releases hydrogen in a three-stage reaction, as shown by formulas (a) to (c). Complex hydrides are generally thermally stable and usually require heating to a relatively high temperature (150 ° C.) or higher in order to cause reactions such as formulas (a) to (c). Therefore, even if the composite hydride is mechanically pulverized alone at room temperature, the decomposition reaction of the composite hydride does not proceed easily, and hydrogen is hardly released.

これに対し、複合水素化物と遷移金属を含む塩化物とを混合し、これを機械的粉砕処理すると、複合水素化物は、機械的粉砕処理により微細化されるとともに、室温下においても分解され水素を放出する。同時に、遷移金属を含む塩化物も機械的粉砕処理により微細化される。機械的粉砕処理の過程で生じた微細なAlの一部は、遷移金属と化学結合し、ナノメートルサイズの化合物を生成する。残りのAlは、複合触媒中に均一に分散する。これより、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されたアルミニウム系ナノ複合触媒が得られる。   On the other hand, when a composite hydride and a chloride containing a transition metal are mixed and mechanically pulverized, the composite hydride is refined by the mechanical pulverization process and also decomposed at room temperature. Release. At the same time, the chloride containing the transition metal is also refined by mechanical grinding. Part of the fine Al generated during the mechanical grinding process chemically binds with the transition metal to form a nanometer-sized compound. The remaining Al is uniformly dispersed in the composite catalyst. As a result, an aluminum-based nanocomposite catalyst containing nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, which are composited in a highly dispersed state, is obtained.

<本発明の第1の実施の形態に係る水素吸蔵複合材料>
本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、水素吸蔵材料に、本発明の第1の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒が高分散状態で複合化されてなる。
水素吸蔵材料の種類は、特に限定されるものではない。例えば、水素吸蔵、放出速度が遅いイオン結合生水素化物を用いると、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒の効果が存分に発揮される。特に、比較的軽量で水素吸蔵量の大きなLi系又はMg系の材料が好適である。例えば、LiH、LiBH4、LiAlH4、Li2NH、LiNH2、MgH2、Mg(NH2)2、Mg(BH4)2、Mg(AlH4)2、Li2Mg(NH2)2等が挙げられる。これらの一種を単独で用いても良く、二種以上を混合して用いても良い。
なお、ここでは、水素吸蔵材料として金属水素化物を挙げたが、本発明の水素吸蔵複合材料を構成する水素吸蔵材料は、上記金属水素化物が水素を放出した状態をも含む概念である。つまり、水素吸蔵材料には、水素を吸蔵した状態の金属水素化物と、それから水素が放出された状態の材料と、の両方が含まれる。
<Hydrogen storage composite material according to the first embodiment of the present invention>
The hydrogen storage composite material according to the present embodiment is obtained by combining the hydrogen storage material with the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the first embodiment of the present invention in a highly dispersed state.
The kind of hydrogen storage material is not particularly limited. For example, when an ion-bonded biohydride having a slow hydrogen storage / release rate is used, the effect of the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention is fully exhibited. In particular, a Li-based or Mg-based material that is relatively light and has a large hydrogen storage capacity is suitable. For example, LiH, LiBH 4 , LiAlH 4 , Li 2 NH, LiNH 2 , MgH 2 , Mg (NH 2 ) 2 , Mg (BH 4 ) 2 , Mg (AlH 4 ) 2 , Li 2 Mg (NH 2 ) 2, etc. Is mentioned. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used.
In addition, although metal hydride was mentioned here as a hydrogen storage material, the hydrogen storage material which comprises the hydrogen storage composite material of this invention is a concept also including the state from which the said metal hydride discharge | released hydrogen. That is, the hydrogen storage material includes both a metal hydride in a state of storing hydrogen and a material in a state in which hydrogen is released therefrom.

本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料における本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の含有割合は、水素吸蔵複合材料の重量を100wt%とした場合の0.1wt%以上とすることが望ましい。0.1wt%未満の場合には、水素吸蔵、放出速度を速くするという触媒効果が充分に得られない。2wt%以上とするとより好適である。一方、触媒効果を得るための実用的な範囲としては、同含有割合を10wt%以下とすることが望ましい。5wt%以下とするとより好適である。   The content ratio of the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment in the hydrogen storage composite material according to the present embodiment is desirably 0.1 wt% or more when the weight of the hydrogen storage composite material is 100 wt%. . When the amount is less than 0.1 wt%, the catalytic effect of increasing the hydrogen storage / release rate cannot be obtained sufficiently. More preferably, it is 2 wt% or more. On the other hand, as a practical range for obtaining the catalytic effect, the content ratio is desirably 10 wt% or less. More preferably, it is 5 wt% or less.

本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、例えば、水素吸蔵材料と本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒とを所定の割合で配合して原料とし、この原料を機械的粉砕処理して製造することができる。機械的粉砕処理は、上記「<本発明の第1の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法>(2)機械的粉砕処理工程」において述べた内容に準じて行えばよい。また、機械的粉砕処理は、遊星ボールミル等を用いて強粉砕する場合に限られるものではない。回転、振動、衝撃等によって、出発原料に機械的エネルギーを加え、粉砕しながら均一に混合することができる処理であれば良く、例えば、乳鉢等で混合する方法を用いても良い。
一般に、粉砕時のエネルギーが大きくなるほど、及び/又は、粉砕時間が長くなるほど、水素吸蔵材料が熱的に不安定となり、より低温で水素を吸蔵放出させることができる。一方、過剰の粉砕は、実益がない。従って、粉砕条件は、原料の種類や目的に応じて、最適な条件を選択するのが好ましい。
なお、過剰に粉砕すると、水素化物に含まれる水素の大半が粉砕中に放出される。この場合、得られた材料に含まれる水素は相対的に少ないが、これと水素を反応させると水素を吸蔵した状態の材料(水素化物複合体)となる。
The hydrogen storage composite material according to the present embodiment includes, for example, a hydrogen storage material and the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment blended at a predetermined ratio as a raw material, and this raw material is mechanically pulverized. Can be manufactured. The mechanical pulverization treatment may be performed in accordance with the contents described in the above-mentioned << Method for producing aluminum-based nanocomposite catalyst according to first embodiment of the present invention> (2) Mechanical pulverization treatment step>. The mechanical pulverization process is not limited to the case of strong pulverization using a planetary ball mill or the like. Any method may be used as long as mechanical energy can be applied to the starting material by rotation, vibration, impact, etc., and the mixture can be uniformly mixed while being pulverized. For example, a method of mixing in a mortar or the like may be used.
Generally, as the energy during pulverization increases and / or as the pulverization time increases, the hydrogen storage material becomes thermally unstable, and hydrogen can be stored and released at a lower temperature. On the other hand, excessive grinding has no real benefit. Therefore, it is preferable to select optimum conditions for the pulverization conditions according to the type and purpose of the raw material.
When excessively pulverized, most of the hydrogen contained in the hydride is released during pulverization. In this case, the obtained material contains a relatively small amount of hydrogen, but when this is reacted with hydrogen, it becomes a material (hydride composite) in a state where hydrogen is occluded.

次に、本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料の作用について説明する。
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、ナノメートルサイズのAlや、遷移金属とAlとの化合物を含むので、水素吸蔵材料の水素吸蔵、放出速度を速める触媒能が高い。この複合触媒を水素吸蔵材料に高分散状態で複合化させると、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子が、水素吸蔵材料にほぼ均一な状態で分散する。これにより、水素吸蔵材料の表面に吸着した水素分子は解離されやすく、解離した水素原子は、内部に拡散し易くなる。したがって、本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、より低温で多量の水素を吸蔵、放出することができる。
Next, the operation of the hydrogen storage composite material according to the present embodiment will be described.
The aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment contains nanometer-sized Al or a compound of a transition metal and Al, and therefore has high catalytic ability to increase the hydrogen storage / release rate of the hydrogen storage material. When this composite catalyst is combined with a hydrogen storage material in a highly dispersed state, at least nanoparticles composed of a compound of a transition metal and Al are dispersed in the hydrogen storage material in a substantially uniform state. Thereby, the hydrogen molecules adsorbed on the surface of the hydrogen storage material are easily dissociated, and the dissociated hydrogen atoms are easily diffused inside. Therefore, the hydrogen storage composite material according to the present embodiment can store and release a large amount of hydrogen at a lower temperature.

<本発明の第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒>
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化しているものからなる。
<Aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment of the present invention>
The aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment includes nanometer-sized Al and nanoparticles composed of at least a transition metal, a transition metal compound, or an alkali metal compound, and these are composited in a highly dispersed state. Consists of.

本実施の形態において、ナノ粒子は、必ずしも遷移金属とAlの化合物を含まない。これは、後述するように、使用する出発原料が異なることに起因する。
ナノ粒子は、出発原料の種類、及び、機械的粉砕処理中に生ずる反応の進行の程度に応じて、種々の組成を持つ。具体的には、
(1) Ti、Zr、Co、Ni、Cr、Vなどの遷移金属、
(2) TiHなどの遷移金属の水素化物、
(3) TiCl3などの遷移金属のハロゲン化物、
(4) Al3Tiなどの遷移金属とAlの化合物、
(5) NaCl、LiClなどのアルカリ金属のハロゲン化物、
(6) NaH、LiHなどのアルカリ金属の水素化物、
などがある。複合触媒には、これらのいずれか一種が含まれていても良く、あるいは、二種以上が含まれていても良い。
これらの中でも、遷移金属(特に、Ti、Zr)及び遷移金属の化合物(特に、遷移金属とAlの化合物)は、水素吸蔵材料を分解させる触媒活性が高いので、ナノ粒子を構成する材料として特に好適である。
その他の点については、第1の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒と同様であるので、説明を省略する。
In the present embodiment, the nanoparticles do not necessarily contain a transition metal and Al compound. This is because the starting materials used are different as will be described later.
Nanoparticles have a variety of compositions depending on the type of starting material and the extent of reaction that occurs during the mechanical grinding process. In particular,
(1) transition metals such as Ti, Zr, Co, Ni, Cr, V,
(2) transition metal hydrides such as TiH,
(3) transition metal halides such as TiCl 3 ;
(4) Al 3 Ti and other transition metals and Al compounds,
(5) Alkali metal halides such as NaCl and LiCl,
(6) Alkali metal hydrides such as NaH and LiH,
and so on. Any one of these may be contained in the composite catalyst, or two or more of them may be contained.
Among these, transition metals (particularly Ti, Zr) and transition metal compounds (particularly transition metal and Al compounds) have a high catalytic activity for decomposing the hydrogen storage material, and are particularly useful as materials constituting the nanoparticles. Is preferred.
Since it is the same as that of the aluminum-type nano composite catalyst which concerns on 1st Embodiment about another point, description is abbreviate | omitted.

<本発明の第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法>
本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法は、原料混合物調製工程と、機械的粉砕処理工程とを備えている。
<Method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment of the present invention>
The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present embodiment includes a raw material mixture preparation step and a mechanical pulverization step.

原料混合物調製工程は、AlH3を含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製する工程である。 The raw material mixture preparation step is a step of preparing a raw material mixture containing a hydride containing AlH 3 and one or more selected from transition metals, halides of transition metals, and halides of alkali metals.

第1の原料は、AlH3を含む水素化物からなる。
AlH3は、後述するように種々の合成法があるが、使用する出発原料、溶媒の種類等により、その出来方に違いが生ずる。現状では、標準的な試薬というものが無いので、研究者が独自のプロセスにより作製している。現在、AlH3は、7種類の結晶構造を示すものが知られており、α、α’、β、δ、ε、γ、ζと命名されている。後述する液相合成法で作製されるAlH3は、α、β、γのものが出来るとされている。
本発明において、第1の原料に含まれるAlH3の結晶構造は特に限定されるものではなく、上述したいずれの結晶構造を有するものであっても良い。また、第1の原料には、いずれか一種のAlH3のみを含むものであっても良く、あるいは、結晶構造の異なる二種以上のAlH3を含むものであっても良い。
The first raw material is made of a hydride containing AlH 3 .
AlH 3 has various synthesis methods as will be described later, but the way it is produced varies depending on the starting material used, the type of solvent, and the like. At present, there is no standard reagent, so researchers have created it using a unique process. At present, AlH 3 is known to show seven kinds of crystal structures and is named α, α ′, β, δ, ε, γ, ζ. AlH 3 produced by the liquid phase synthesis method described later is supposed to be α, β, γ.
In the present invention, the crystal structure of AlH 3 contained in the first raw material is not particularly limited, and may have any of the crystal structures described above. Further, the first raw material may contain only one kind of AlH 3 , or may contain two or more kinds of AlH 3 having different crystal structures.

第1の原料は、AlH3のみを含むものであっても良く、あるいは、他の物質を含むものであっても良い。他の物質としては、AlH3を合成する際に用いる未反応の出発原料(例えば、LiH等)、AlH3を合成する際の副生成物(例えば、LiCl、LiAlH4等)などがある。
AlH3を含む水素化物は、アルカリ金属を含む水素化物と、Alのハロゲン化物とを反応させることにより合成することができる。
アルカリ金属を含む水素化物としては、
(1) LiH、NaH等のアルカリ金属水素化物、
(2) LiAlH4、NaAlH4等のアルカリ金属−アルミニウム複合水素化物、
などがある。これらは、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、二種以上を組み合わせて用いても良い。
また、Alのハロゲン化物としては、AlCl3、AlBr3、AlF3、AlI3などがある。これらは、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、二種以上を組み合わせて用いても良い。特に、AlCl3は、溶媒に可溶であるので、出発原料として特に好適である。
The first raw material may contain only AlH 3 or may contain other substances. Other substances, unreacted starting material used in the synthesis of AlH 3 (e.g., LiH, etc.), by-products in the synthesis of AlH 3 (e.g., LiCl, LiAlH 4, etc.) and the like.
A hydride containing AlH 3 can be synthesized by reacting a hydride containing an alkali metal with a halide of Al.
As a hydride containing an alkali metal,
(1) Alkali metal hydrides such as LiH and NaH,
(2) Alkali metal-aluminum complex hydrides such as LiAlH 4 and NaAlH 4 ,
and so on. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of Al halides include AlCl 3 , AlBr 3 , AlF 3 , and AlI 3 . These may be used alone or in combination of two or more. In particular, AlCl 3 is particularly suitable as a starting material because it is soluble in a solvent.

アルカリ金属を含む水素化物とAlのハロゲン化物の配合比率は、出発原料の種類と、目的とする組成に応じて最適な比率を選択する。例えば、アルカリ金属を含む水素化物としてLiH又はLiAlH4を用いる場合において、アルカリ金属を含む水素化物(x)とAlのハロゲン化物(y)のモル比(x/y)を3とすると、次の式(d)又は式(e)に示すように、ほぼ単相のAlH3が得られる。他のアルカリ金属を含む水素化物(例えば、NaHやNaAlH4)を用いる場合も同様である。
3LiH+AlCl3→AlH3+3LiCl ・・・(d)
3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+LiCl ・・・(e)
なお、アルカリ金属を含む水素化物とAlのハロゲン化物のモル比(x/y)を変化させると、AlH3以外の水素化物も生成する。例えば、モル比(x/y)を4とすると、次の(f)式に示すように、LiAlH4を合成することができる。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl ・・・(f)
出発原料のモル比(x/y)をさらに増加させると、これらの水素化物を含む混合物が得られると考えられる。
The mixing ratio of the hydride containing alkali metal and the halide of Al is selected in accordance with the type of the starting material and the target composition. For example, when LiH or LiAlH 4 is used as a hydride containing an alkali metal, assuming that the molar ratio (x / y) of the hydride containing alkali metal (x) to the halide of aluminum (y) is 3, the following: As shown in formula (d) or formula (e), almost single-phase AlH 3 is obtained. The same applies to the case of using a hydride containing other alkali metal (for example, NaH or NaAlH 4 ).
3LiH + AlCl 3 → AlH 3 + 3LiCl (d)
3LiAlH 4 + AlCl 3 → 4AlH 3 + LiCl (e)
When the molar ratio (x / y) between the hydride containing an alkali metal and the halide of Al is changed, a hydride other than AlH 3 is also generated. For example, when the molar ratio (x / y) is 4, LiAlH 4 can be synthesized as shown in the following formula (f).
4LiH + AlCl 3 → LiAlH 4 + 3LiCl (f)
It is thought that a mixture containing these hydrides can be obtained by further increasing the molar ratio (x / y) of the starting materials.

アルカリ金属を含む水素化物とAlのハロゲン化物とを反応させる方法には、
(1)出発原料を機械的粉砕処理し、メカノケミカル反応させる固相合成法、
(2)出発原料を適当な溶媒に溶解又は分散させ、溶媒中で反応させる液相合成法、
などがある。本発明においては、いずれの方法を用いて合成された水素化物であっても使用することができる。
In the method of reacting a hydride containing an alkali metal with a halide of Al,
(1) A solid phase synthesis method in which a starting material is mechanically pulverized and subjected to a mechanochemical reaction,
(2) A liquid phase synthesis method in which starting materials are dissolved or dispersed in a suitable solvent and reacted in the solvent.
and so on. In the present invention, a hydride synthesized by any method can be used.

特に、液相合成法は、比較的反応の制御が容易であるので、AlH3を含む水素化物の合成方法として好適である。この場合、溶媒は、少なくともAlのハロゲン化物を溶解させることが可能なものが好ましい。このような溶媒としては、具体的には、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどがある。
溶媒に適量のアルカリ金属を含む水素化物とAlのハロゲン化物とを加え、この溶液を室温において所定時間攪拌すると、AlH3と、アルカリ金属のハロゲン化物が生成する。溶液中には、これら以外にも、反応により生成したAlH3以外の水素化物や、未反応の出発原料、中間生成物などが含まれる場合がある。AlH3以外の化合物は、ろ過等により合成物から分離しても良く、あるいは、AlH3以外の化合物を含んだ状態のまま使用しても良い。必要に応じて、AlH3以外の化合物を除去した後、溶媒を除去すれば、AlH3を含む水素化物が得られる。
In particular, the liquid phase synthesis method is suitable as a method for synthesizing a hydride containing AlH 3 because the reaction can be controlled relatively easily. In this case, the solvent is preferably a solvent capable of dissolving at least an Al halide. Specific examples of such a solvent include diethyl ether, tetrahydrofuran (THF), dioxane and the like.
When a hydride containing an appropriate amount of an alkali metal and an Al halide are added to a solvent and this solution is stirred at room temperature for a predetermined time, AlH 3 and an alkali metal halide are produced. In addition to these, the solution may contain hydrides other than AlH 3 produced by the reaction, unreacted starting materials, intermediate products, and the like. A compound other than AlH 3 may be separated from the synthesized product by filtration or the like, or may be used in a state containing a compound other than AlH 3 . If necessary, a compound other than AlH 3 is removed, and then the solvent is removed to obtain a hydride containing AlH 3 .

第2の原料は、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物のいずれか一以上からなる。
遷移金属は、特に限定されるものではない。特に、Ti、Zr、Co、Ni、Cr及びVは、水素吸蔵・放出速度を速める触媒能が高いので、第2の原料の構成元素として好適である。特に、Ti及びZrが好適である。
また、遷移金属のハロゲン化物としては、例えば、TiCl3、TiF4、TiBr4、ZrF4、ZrI4、VF4、VI3などがある。
さらに、アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、NaCl、LiCl、NaF、LiF、NaBr、LiBr、NaI、LiIなどがある。
これらは、それぞれ単独で用いても良く、あるいは、二種以上を組み合わせて用いても良い。
The second raw material is made of at least one of a transition metal, a transition metal halide, and an alkali metal halide.
The transition metal is not particularly limited. In particular, Ti, Zr, Co, Ni, Cr and V are suitable as constituent elements of the second raw material because of their high catalytic ability to increase the hydrogen storage / release rate. In particular, Ti and Zr are preferable.
Examples of transition metal halides include TiCl 3 , TiF 4 , TiBr 4 , ZrF 4 , ZrI 4 , VF 4 , and VI 3 .
Furthermore, examples of the alkali metal halide include NaCl, LiCl, NaF, LiF, NaBr, LiBr, NaI, and LiI.
These may be used alone or in combination of two or more.

第1の原料と第2の原料の配合割合は、これらの反応の進行速度や、製造されるアルミニウム系ナノ複合触媒の触媒能等を考慮して決定すればよい。すなわち、第2の原料の配合割合が大きいほど、第1の原料からの水素の放出が進行し易くなる。また、第2の原料が遷移金属を含む場合において、第2の原料の配合割合が大きくなるほど、
(1)Alと遷移金属との反応が進行し易くなる、
(2)Alと遷移金属との反応により生成するナノ粒子の粒子径が小さくなる、
(3)未反応原料が少なくなる、
という利点がある。その結果、アルミニウム系ナノ複合触媒の触媒能も高くなる。
具体的には、第2の原料の配合割合は、原料混合物の重量を100wt%とした場合の1wt%以上が望ましい。第2の原料の配合割合は、さらに好ましくは2.5wt%以上、さらに好ましくは5wt%以上である。
一方、第2の原料の配合割合がある程度大きくなると、反応速度および触媒能の向上効果は変わらない。従って、第2の原料の配合割合は、50wt%以下が好ましく、さらに好ましくは10wt%以下である。
What is necessary is just to determine the mixture ratio of a 1st raw material and a 2nd raw material in consideration of the advancing speed of these reaction, the catalyst ability of the aluminum-type nanocomposite catalyst manufactured, etc. That is, the larger the blending ratio of the second raw material, the easier the hydrogen release from the first raw material proceeds. Further, in the case where the second raw material contains a transition metal, the larger the blending ratio of the second raw material,
(1) The reaction between Al and the transition metal easily proceeds.
(2) The particle size of the nanoparticles produced by the reaction between Al and the transition metal is reduced.
(3) Less unreacted raw materials,
There is an advantage. As a result, the catalytic performance of the aluminum-based nanocomposite catalyst is also increased.
Specifically, the blending ratio of the second raw material is desirably 1 wt% or more when the weight of the raw material mixture is 100 wt%. The blending ratio of the second raw material is more preferably 2.5 wt% or more, and further preferably 5 wt% or more.
On the other hand, when the blending ratio of the second raw material is increased to some extent, the effect of improving the reaction rate and catalytic ability is not changed. Therefore, the blending ratio of the second raw material is preferably 50 wt% or less, more preferably 10 wt% or less.

機械的粉砕処理工程は、原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る工程である。
機械的粉砕処理では、第1の原料から水素を放出させることが必要となる。また、第2の原料が遷移金属を含む場合には、Alと遷移金属との反応を進行させることが望ましい。一般に、処理時間が長くなるほど、出発原料及び反応生成物が微細化され、あるいは、水素の放出反応やAlと遷移金属との反応が進行する。これらの点を考慮して、使用する原料の種類、配合割合等に応じて、処理時間を適宜決定するのが好ましい。
一般に、処理時間が長くなるほど原料間の反応が進行するので、残存水素量が少ない、金属Alの含有量が多い、及び/又は、遷移金属とAlの化合物の含有量が多い複合触媒が得られる。例えば、MG処理を用いて機械的粉砕処理する場合において、高い触媒活性を有する複合触媒を得るには、処理時間は、5分以上が好ましく、さらに好ましくは30分以上、さらに好ましくは1時間以上、さらに好ましくは4時間以上、さらに好ましくは10時間以上、さらに好ましくは24時間以上である。
なお、機械的粉砕処理工程に関するその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
The mechanical pulverization process includes mechanically pulverizing the raw material mixture to include nanometer-size Al and nanoparticles composed of at least a transition metal, a transition metal compound, or an alkali metal compound, which are combined in a highly dispersed state. This is a step of obtaining the aluminum-based nanocomposite catalyst.
In the mechanical pulverization process, it is necessary to release hydrogen from the first raw material. Further, when the second raw material contains a transition metal, it is desirable to advance the reaction between Al and the transition metal. In general, the longer the treatment time, the finer the starting materials and reaction products, or the hydrogen release reaction and the reaction between Al and transition metals proceed. In consideration of these points, it is preferable to appropriately determine the treatment time according to the type of raw material to be used, the blending ratio, and the like.
In general, since the reaction between the raw materials proceeds as the treatment time becomes longer, a composite catalyst having a small amount of residual hydrogen, a high content of metal Al, and / or a high content of a compound of transition metal and Al can be obtained. . For example, in the case of mechanical pulverization using MG treatment, in order to obtain a composite catalyst having high catalytic activity, the treatment time is preferably 5 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer. More preferably, it is 4 hours or longer, more preferably 10 hours or longer, more preferably 24 hours or longer.
Since other points regarding the mechanical pulverization process are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

<本発明の第2の実施の形態に係る水素吸蔵複合材料>
本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、水素吸蔵材料と、水素吸蔵材料に分散させた本発明の第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒とを備えている。本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、触媒として本発明の第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒を用いた点以外は、第1の実施の形態に係る水素吸蔵複合材料と同様であるので、説明を省略する。
<Hydrogen storage composite material according to second embodiment of the present invention>
The hydrogen storage composite material according to the present embodiment includes a hydrogen storage material and the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment of the present invention dispersed in the hydrogen storage material. The hydrogen storage composite material according to the present embodiment is the same as the hydrogen storage composite material according to the first embodiment, except that the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment of the present invention is used as a catalyst. Since it is the same, description is abbreviate | omitted.

次に、本実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒及びその製造方法、並びに、水素吸蔵複合材料の作用について説明する。
AlH3は、他の水素化物と比べて、熱的に不安定である。そのため、所定の比率で混合された第1の原料及び第2の原料を機械的粉砕処理すると、原料が微細化されると同時に、第2の原料の触媒作用によってAlH3が分解し、室温において多量の水素を放出する。また、これと同時に、ナノメートルサイズの金属Alが生成する。さらに、第2の原料が遷移金属を含む場合には、機械的粉砕処理で生じた微細なの一部Alと遷移金属とが反応し、Alと遷移金属の化合物が生成する。
このようにして得られた複合触媒は、ナノメートルサイズの金属Alと、遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが均一に分散した構造を持つので、活性点が多く、水素吸蔵材料の水素吸蔵・放出速度を速める触媒能が高い。そのため、これを水素吸蔵材料に添加すれば、水素吸蔵・放出反応の開始温度を低下させることができる。
Next, the operation of the aluminum-based nanocomposite catalyst and the manufacturing method thereof and the hydrogen storage composite material according to the present embodiment will be described.
AlH 3 is thermally unstable compared to other hydrides. Therefore, when the first raw material and the second raw material mixed at a predetermined ratio are mechanically pulverized, the raw material is refined and AlH 3 is decomposed by the catalytic action of the second raw material at room temperature. Releases a large amount of hydrogen. At the same time, nanometer-sized metal Al is produced. Further, when the second raw material contains a transition metal, a part of the fine Al produced by the mechanical pulverization treatment reacts with the transition metal to produce a compound of Al and the transition metal.
The composite catalyst thus obtained contains nanometer-sized metal Al and nanoparticles composed of a transition metal, a transition metal compound, or an alkali metal compound, and has a structure in which these are uniformly dispersed. Many of them have high catalytic ability to increase the hydrogen storage / release speed of hydrogen storage materials. Therefore, if this is added to the hydrogen storage material, the start temperature of the hydrogen storage / release reaction can be lowered.

<本発明の第3の実施の形態に係る水素吸蔵複合材料及びその製造方法>
本発明の第3の実施の形態に係る水素吸蔵複合材料の製造方法は、原料混合物調製工程と、機械的粉砕処理工程とを備えている。また、本実施の形態に係る水素吸蔵複合材料は、本実施の形態に係る方法により得られたものからなる。
<Hydrogen storage composite material and manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention>
The method for producing a hydrogen storage composite material according to the third embodiment of the present invention includes a raw material mixture preparation step and a mechanical pulverization step. Moreover, the hydrogen storage composite material which concerns on this Embodiment consists of what was obtained by the method which concerns on this Embodiment.

原料混合物調製工程は、AlHを含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製する工程である。原料混合物調製工程は、上述した第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法と同様であるので、説明を省略する。 The raw material mixture preparation step is a step of preparing a raw material mixture containing a hydride containing AlH 3 and one or more selected from transition metals, halides of transition metals, and halides of alkali metals. Since the raw material mixture preparation step is the same as the manufacturing method of the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment described above, description thereof is omitted.

機械的粉砕処理工程は、原料混合物を機械的粉砕処理する工程である。
機械的粉砕処理とは、回転、振動、衝撃等によって、出発原料に機械的エネルギーを加え、粉砕しながら均一に混合する処理をいう。このような機械的混合粉砕処理としては、
(1) 乳鉢で原料粉末を混合粉砕する処理、
(2) 遊星ボールミル、回転ミル、振動ミル等の粉砕機を用いて、原料粉末を混合粉砕する処理(上述した、いわゆる「メカニカルグラインディング(MG)処理」)、
などがある。
The mechanical pulverization process is a process of mechanically pulverizing the raw material mixture.
The mechanical pulverization process is a process in which mechanical energy is applied to the starting material by rotation, vibration, impact, etc., and the mixture is uniformly mixed while pulverizing. As such mechanical mixing and grinding treatment,
(1) A process of mixing and crushing raw material powder in a mortar,
(2) Processing to mix and pulverize raw material powder using a pulverizer such as a planetary ball mill, rotary mill, vibration mill, etc. (so-called “mechanical grinding (MG) processing” described above),
and so on.

一般に、機械的粉砕処理の際のエネルギーが大きくなるほど、及び/又は、機械的粉砕処理の処理時間が長くなるほど、AlH3を含む水素化物が熱的に不安定となり、水素吸蔵・放出反応の開始温度が低下する。
水素吸蔵放出反応の開始温度を低下させるためには、機械的粉砕処理の処理時間は、少なくとも1分以上が好ましい。機械的粉砕処理の処理時間は、さらに好ましくは5分以上、さらに好ましくは10分以上である。一方、過剰の粉砕は、実益がない。従って、粉砕条件は、原料の種類や目的に応じて、最適な条件を選択するのが好ましい。
なお、過剰に粉砕すると、水素化物に含まれる水素の大半が粉砕中に放出される。この場合、得られた材料に含まれる水素量は相対的に少ないが、これと水素を反応させると水素を吸蔵した状態の材料(水素化物複合体)となる。また、材料中の残存水素率が少なくなるほど、触媒活性が高くなるので、残存水素量が相対的に少ない材料は、複合触媒としても使用することができる。
機械的粉砕処理工程に関するその他の点については、第2の実施の形態に係るアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
In general, as the energy during mechanical pulverization increases and / or as the processing time of mechanical pulverization increases, the hydride containing AlH 3 becomes thermally unstable and the hydrogen storage / release reaction starts. The temperature drops.
In order to lower the starting temperature of the hydrogen storage / release reaction, the treatment time of the mechanical pulverization treatment is preferably at least 1 minute. The treatment time of the mechanical pulverization treatment is more preferably 5 minutes or more, and further preferably 10 minutes or more. On the other hand, excessive grinding has no real benefit. Therefore, it is preferable to select optimum conditions for the pulverization conditions according to the type and purpose of the raw material.
When excessively pulverized, most of the hydrogen contained in the hydride is released during pulverization. In this case, the amount of hydrogen contained in the obtained material is relatively small, but when this is reacted with hydrogen, a material (hydride complex) in a state of storing hydrogen is obtained. Moreover, since the catalytic activity increases as the residual hydrogen ratio in the material decreases, a material with a relatively small amount of residual hydrogen can also be used as a composite catalyst.
Other points regarding the mechanical pulverization process are the same as those in the method of manufacturing the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

AlH3は、他の水素吸蔵材料に比べて、水素貯蔵量が多く(約10wt%)、かつ、熱的にも不安定である。そのため、AlH3を含む水素化物を単独で機械的粉砕処理すると、粉砕中にある程度の水素が放出される。また、機械的粉砕処理によって水素吸蔵・放出反応の開始温度は、ある程度低下する。
これに対し、AlH3を含む水素化物に遷移金属等を加えて機械的粉砕処理すると、AlH3を含む水素化物が熱的に不安定になり、水素吸蔵・放出反応の開始温度が著しく低下する。さらに、機械的粉砕処理のエネルギーを増大させ、及び/又は、処理時間を長くすると、機械的粉砕処理のみによって多量の水素を放出する。
AlH 3 has a larger amount of hydrogen storage (about 10 wt%) than other hydrogen storage materials and is thermally unstable. Therefore, when a hydride containing AlH 3 is mechanically pulverized alone, a certain amount of hydrogen is released during pulverization. In addition, the starting temperature of the hydrogen storage / release reaction is lowered to some extent by the mechanical pulverization treatment.
In contrast, when a transition metal or the like is added to a hydride containing AlH 3 and mechanically pulverized, the hydride containing AlH 3 becomes thermally unstable, and the start temperature of the hydrogen storage / release reaction is significantly reduced. . Furthermore, when the energy of the mechanical grinding process is increased and / or the processing time is increased, a large amount of hydrogen is released only by the mechanical grinding process.

(比較例1)
5gのLiAlH4を、40個のクロム鋼製ボール(外径9.5mm)とともにクロム鋼製の容器(容積300ml)に入れ、遊星ボールミルP−5(FRITSCH社製)によりMG処理した。MG処理は、アルゴンガス雰囲気、室温、0.1MPa下、粉砕エネルギーを5G(モーター回転速度1300rpm)とした。また、MG処理時間は、0時間、4時間、24時間、又は、96時間とした。
(Comparative Example 1)
5 g of LiAlH 4 was placed in a chrome steel container (volume: 300 ml) together with 40 chrome steel balls (outer diameter 9.5 mm), and subjected to MG treatment with a planetary ball mill P-5 (manufactured by FRITSCH). The MG treatment was performed under an argon gas atmosphere, room temperature, 0.1 MPa, and the grinding energy was 5 G (motor rotation speed 1300 rpm). The MG treatment time was 0 hour, 4 hours, 24 hours, or 96 hours.

MG処理前及びMG処理後のLiAlH4について、熱脱離法を用いて、水素放出特性を測定した。図1に、昇温過程における水素放出速度を示す。また、図2に、昇温過程において放出された水素量の積算値を示す。
図1、図2に示すように、水素の放出は、MG処理の有無で若干差はあるが、150〜200℃付近で第一のピークを示し、200〜250℃付近で第二のピークを示し、400〜450℃付近で第三のピークを示す。LiAlH4の水素放出過程は、式(a)〜式(c)に示したように、3段階に分けられるが、式(a)〜式(c)の反応は、順にこれらのピークと対応する。
図1、2より、
(1) 第二のピーク、つまり、式(b)の反応(Li3AlH6の分解反応)まで進行すると、LiAlH4から7〜8wt%程度の水素が放出される、
(2) MG処理によりLiAlH4の水素放出開始温度は50℃程低下するが、LiAlH4を単独でMG処理しても、水素はほとんど放出されない、
ことがわかる。
なお、MG処理により水素放出開始温度が若干低下するのは、MG処理により微細化されることにより金属Alが生成し、金属Alの触媒能によって水素が放出されやすくなったためと考えられる。
For LiAlH 4 before and after MG treatment, the hydrogen release characteristics were measured using a thermal desorption method. FIG. 1 shows the hydrogen release rate during the temperature rising process. FIG. 2 shows an integrated value of the amount of hydrogen released during the temperature raising process.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the release of hydrogen shows a first peak around 150 to 200 ° C., and a second peak around 200 to 250 ° C., although there is a slight difference depending on the presence or absence of MG treatment. A third peak is shown around 400-450 ° C. The hydrogen release process of LiAlH 4 is divided into three stages as shown in the formulas (a) to (c). The reactions of the formulas (a) to (c) correspond to these peaks in order. .
1 and 2,
(1) When the reaction proceeds to the second peak, that is, the reaction of formula (b) (decomposition reaction of Li 3 AlH 6 ), about 7 to 8 wt% of hydrogen is released from LiAlH 4 .
(2) hydrogen release initiation temperature of LiAlH 4 by MG process is reduced extent 50 ° C., even if MG processes the LiAlH 4 alone, hydrogen is hardly released,
I understand that.
Note that the reason why the hydrogen release start temperature is slightly lowered by the MG treatment is considered to be that metal Al is generated by the MG treatment and the hydrogen is easily released by the catalytic ability of the metal Al.

(実施例1)
複合水素化物及び遷移金属の塩化物として、それぞれ、LiAlH4及びTiCl3を用いて、アルミニウム系ナノ複合触媒を作製した。
まず、LiAlH4にTiCl3を加えて原料混合物を調製した。TiCl3の配合割合は、5wt%とした(LiAlH4:TiCl3=95:5(重量比))。次に、調製した原料混合物の5gを、40個のクロム鋼製ボール(外径9.5mm)とともにクロム鋼製の容器(容積300ml)に入れ、遊星ボールミルP−5(FRITSCH社製)によりMG処理した。MG処理は、アルゴンガス雰囲気、室温、0.1MPa下、粉砕エネルギーを5G(モーター回転速度1300rpm)とした。また、MG処理時間は、5分、0.5時間、1時間、4時間、又は、24時間とした。
(比較例2)
実施例1で得られた原料混合物をそのまま試験に供した。
Example 1
An aluminum-based nanocomposite catalyst was prepared using LiAlH 4 and TiCl 3 as the composite hydride and transition metal chloride, respectively.
First, a raw material mixture was prepared by adding TiCl 3 to LiAlH 4 . The blending ratio of TiCl 3 was 5 wt% (LiAlH 4 : TiCl 3 = 95: 5 (weight ratio)). Next, 5 g of the prepared raw material mixture is put into a chrome steel container (volume: 300 ml) together with 40 chrome steel balls (outer diameter 9.5 mm), and the planetary ball mill P-5 (manufactured by FRITSCH) uses MG. Processed. The MG treatment was performed under an argon gas atmosphere, room temperature, 0.1 MPa, and the grinding energy was 5 G (motor rotation speed 1300 rpm). The MG treatment time was 5 minutes, 0.5 hours, 1 hour, 4 hours, or 24 hours.
(Comparative Example 2)
The raw material mixture obtained in Example 1 was used for the test as it was.

実施例1で得られた複合触媒、及び、比較例2の原料混合物について、熱脱離法を用いて残存している水素量を測定した。図3に、その結果を示す。なお、図3中、「Mix.」として示す曲線は、単にLiAlH4とTiCl3とを混合したもの(比較例2)の水素放出挙動である。図3より、処理時間が長くなるほど、放出される水素量が減少していること、すなわち、処理時間が長くなるほど、MG処理中に多くの水素が放出されることがわかる。
特に、MG処理を24時間行った場合には、400℃以下での水素の放出は、ほとんど無く、全水素放出量は約3wt%であった。図2に示すように、LiAlH4の全水素放出量は、約10wt%である。また、式(b)の第二段階の反応まで進行すると、約7wt%の水素が放出される(残存水素量:10−7=3wt%)。これより、MG処理を24時間行うと、LiAlH4の水素の放出は第二段階まで進行し、LiAlH4から約7wt%の水素が放出されると考えられる。したがって、例えば、LiAlH4とTiCl3とを用いて、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒を製造する場合には、処理時間を24時間程度とすることが望ましいといえる。
For the composite catalyst obtained in Example 1 and the raw material mixture of Comparative Example 2, the amount of remaining hydrogen was measured using a thermal desorption method. FIG. 3 shows the result. In FIG. 3, the curve shown as “Mix.” Is the hydrogen release behavior of a mixture of LiAlH 4 and TiCl 3 (Comparative Example 2). FIG. 3 shows that the amount of released hydrogen decreases as the treatment time increases, that is, the longer the treatment time, the more hydrogen is released during the MG treatment.
In particular, when the MG treatment was performed for 24 hours, there was almost no hydrogen release at 400 ° C. or lower, and the total hydrogen release amount was about 3 wt%. As shown in FIG. 2, the total hydrogen release amount of LiAlH 4 is about 10 wt%. Further, when the reaction proceeds to the second stage reaction of the formula (b), about 7 wt% of hydrogen is released (residual hydrogen amount: 10 −7 = 3 wt%). From this, it is considered that when the MG treatment is performed for 24 hours, LiAlH 4 hydrogen release proceeds to the second stage, and about 7 wt% of hydrogen is released from LiAlH 4 . Therefore, for example, when the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention is produced using LiAlH 4 and TiCl 3 , it can be said that the treatment time is desirably about 24 hours.

次に、実施例1の触媒(MG処理時間:24時間)について、CuKα線を用いた粉末法によるX線回折測定を行った。図4に、そのX線回折パターンを示す。図4に示すように、Al、LiAlH4、Li3AlH6、TiH、Al3Ti、TiCl3、LiClの各ピークが見られる。これより、実施例1の触媒(MG処理時間:24時間)の構成は、Al:約60wt%、LiAlH4+Li3AlH6:約30wt%、それ以外のAl3Ti等:約10wt%となっていることがわかった。 Next, X-ray diffraction measurement by a powder method using CuKα rays was performed on the catalyst of Example 1 (MG treatment time: 24 hours). FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern. As shown in FIG. 4, peaks of Al, LiAlH 4 , Li 3 AlH 6 , TiH, Al 3 Ti, TiCl 3 , and LiCl are observed. From this, the composition of the catalyst of Example 1 (MG treatment time: 24 hours) is Al: about 60 wt%, LiAlH 4 + Li 3 AlH 6 : about 30 wt%, and other Al 3 Ti, etc .: about 10 wt%. I found out.

また、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、実施例1の触媒(MG処理時間:24時間)は、100〜200nm程度のクラスターの集合体となっていた。なお、ここでは示さないが、TEM観察及び元素分析により、10〜50nm程度のナノ粒子(Al3Ti、TiCl3、Ti等)が、マトリクス(Al、LiAlH4、Li3AlH6)に分散していることが確認された。 When observed with a scanning electron microscope (SEM), the catalyst of Example 1 (MG treatment time: 24 hours) was an aggregate of clusters of about 100 to 200 nm. Although not shown here, nanoparticles (Al 3 Ti, TiCl 3 , Ti, etc.) of about 10 to 50 nm are dispersed in a matrix (Al, LiAlH 4 , Li 3 AlH 6 ) by TEM observation and elemental analysis. It was confirmed that

以上より、実施例1の触媒は、Al、LiAlH4、Li3AlH6を含むマトリクス中に、Al3Ti粒子、TiCl3粒子、Ti粒子等のナノ粒子が高分散状態で複合化したものといえる。 From the above, the catalyst of Example 1 is a composite in which nanoparticles such as Al 3 Ti particles, TiCl 3 particles, and Ti particles are combined in a highly dispersed state in a matrix containing Al, LiAlH 4 , and Li 3 AlH 6. I can say that.

(実施例2)
TiCl3の配合割合を50wt%(LiAlH4:TiCl3=50:50(重量比))とし、MG処理時間を24時間とした以外は、実施例1と同一条件下で、アルミニウム系ナノ複合触媒を作製した。
(Example 2)
An aluminum-based nanocomposite catalyst under the same conditions as in Example 1 except that the compounding ratio of TiCl 3 was 50 wt% (LiAlH 4 : TiCl 3 = 50: 50 (weight ratio)) and the MG treatment time was 24 hours. Was made.

実施例2の触媒について、上記同様に、X線回折測定を行った。図5に、実施例2の触媒のX線回折パターンを示す。図5に示すように、LiCl、Al、Al3Ti、LiHの各ピークが見られる。これより、実施例2の触媒の構成は、Al:約35wt%、Al3Ti:約35%、それ以外のLiCl等:約30wt%となっていることがわかった。実施例2の触媒では、使用したTiCl3の配合割合が、実施例1と比べて大きい。よって、LiAlH4とTiCl3との反応が速やかに進行し、未反応の原料がほとんど残らなかったと考えられる。これより、実施例2の触媒は、ナノメートルサイズのAlと、Al3Ti等からなるナノ粒子が高分散状態で複合化したものといえる。 The catalyst of Example 2 was subjected to X-ray diffraction measurement in the same manner as described above. FIG. 5 shows an X-ray diffraction pattern of the catalyst of Example 2. As shown in FIG. 5, peaks of LiCl, Al, Al 3 Ti, and LiH are observed. From this, it was found that the composition of the catalyst of Example 2 was Al: about 35 wt%, Al 3 Ti: about 35%, and other LiCl, etc .: about 30 wt%. In the catalyst of Example 2, the proportion of TiCl 3 used is larger than that of Example 1. Therefore, it is considered that the reaction between LiAlH 4 and TiCl 3 proceeded rapidly and almost no unreacted raw material remained. From this, it can be said that the catalyst of Example 2 is a composite of nanometer-sized Al and nanoparticles made of Al 3 Ti or the like in a highly dispersed state.

(実施例3)
上記実施例1の触媒(MG処理時間:24時間)を用いて、本発明の水素吸蔵複合材料を製造した。水素吸蔵材料にはLiAlH4を用いた。LiAlH4と実施例1の触媒(以下、適宜「LiAlH4/TiCl3」と示す。)とを、重量比で95:5となるように配合して原料とした。この原料の5gを、上記同様にMG処理した。MG処理は、アルゴンガス雰囲気、室温、0.1MPa下、粉砕エネルギーを5Gとして、24時間行った。
(比較例3〜5)
水素吸蔵材料として、上記同様のLiAlH4を用い、触媒として、それぞれ、TiCl3(比較例3)、Ti(比較例4)、又は、Ni(比較例5)を用いて、3種類の水素吸蔵複合材料を製造した。LiAlH4と各触媒とを、重量比で95:5となるように配合して原料とした。この原料の5gを、処理時間以外は実施例3と同様にしてMG処理した。MG処理の時間は、TiCl3については5分、Ti、Niについては、それぞれ1時間とした。
(Example 3)
The hydrogen storage composite material of the present invention was produced using the catalyst of Example 1 (MG treatment time: 24 hours). LiAlH 4 was used as the hydrogen storage material. LiAlH 4 and the catalyst of Example 1 (hereinafter appropriately referred to as “LiAlH 4 / TiCl 3 ”) were blended in a weight ratio of 95: 5 to obtain a raw material. 5 g of this raw material was subjected to MG treatment as described above. The MG treatment was performed for 24 hours under an argon gas atmosphere, room temperature, 0.1 MPa, and a grinding energy of 5G.
(Comparative Examples 3-5)
LiAlH 4 similar to the above is used as the hydrogen storage material, and TiCl 3 (Comparative Example 3), Ti (Comparative Example 4), or Ni (Comparative Example 5) is used as the catalyst, respectively. A composite material was produced. LiAlH 4 and each catalyst were blended in a weight ratio of 95: 5 to obtain raw materials. 5 g of this raw material was subjected to MG treatment in the same manner as in Example 3 except for the treatment time. The MG treatment time was 5 minutes for TiCl 3 and 1 hour for Ti and Ni, respectively.

[水素放出特性の評価]
(a) 水素放出量の経時変化
実施例3および比較例3〜5の各水素吸蔵複合材料を、0.1MPaのアルゴンガス雰囲気にて、それぞれ、120℃まで昇温し、その状態で6時間保持した。その後、さらに450℃まで昇温した。この過程において放出された水素量を熱脱離法により測定した。結果を図6〜9に示す。
図6は、実施例3(触媒:LiAlH4/TiCl3)の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示す。図7は、比較例3(触媒:TiCl3)の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示す。図8は、比較例4(触媒:Ti)の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示す。図9は、比較例5(触媒:Ni)の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示す。各図に示す水素放出量のうち、実線は実測値を示す。一点鎖線は、実測値に、室温下にて放出された水素量(MG処理中に放出された分も含む)を加えた値を示す。また、点線は、水素放出速度を示す。
[Evaluation of hydrogen release characteristics]
(A) Change with time of hydrogen release amount Each of the hydrogen storage composite materials of Example 3 and Comparative Examples 3 to 5 was heated to 120 ° C. in an argon gas atmosphere of 0.1 MPa, and in that state for 6 hours. Retained. Thereafter, the temperature was further raised to 450 ° C. The amount of hydrogen released in this process was measured by a thermal desorption method. The results are shown in FIGS.
FIG. 6 shows the change over time of the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Example 3 (catalyst: LiAlH 4 / TiCl 3 ). FIG. 7 shows the change over time in the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3 (catalyst: TiCl 3 ). FIG. 8 shows the change over time of the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 4 (catalyst: Ti). FIG. 9 shows the change over time in the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 5 (catalyst: Ni). Of the hydrogen release amounts shown in each figure, the solid line indicates the actual measurement value. A one-dot chain line indicates a value obtained by adding the amount of hydrogen released at room temperature (including the amount released during MG treatment) to the actual measurement value. The dotted line indicates the hydrogen release rate.

図6中、一点鎖線で示すように、実施例3の水素吸蔵複合材料は、MG処理中を含め、室温から120℃に昇温するまでの間に約5wt%の水素を放出していた。これより、実施例1の水素吸蔵複合材料は、室温〜120℃でも約5wt%の水素を放出できることがわかる。また、120℃×6時間保持後では、水素放出量は約6wt%となった。一方、比較例3の水素吸蔵複合材料では、図7中、一点鎖線で示すように、MG処理中を含め室温〜120℃の間に放出された水素量は約4wt%であり、120℃×6時間保持後の水素放出量は約5wt%となった。   In FIG. 6, the hydrogen storage composite material of Example 3 released about 5 wt% of hydrogen from room temperature to 120 ° C., including during MG treatment, as indicated by the alternate long and short dash line. This shows that the hydrogen storage composite material of Example 1 can release about 5 wt% of hydrogen even at room temperature to 120 ° C. Further, after holding at 120 ° C. for 6 hours, the hydrogen release amount was about 6 wt%. On the other hand, in the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3, as shown by the one-dot chain line in FIG. 7, the amount of hydrogen released between room temperature and 120 ° C. including during MG treatment is about 4 wt%, and 120 ° C. × The amount of hydrogen released after holding for 6 hours was about 5 wt%.

ここで、実施例3の水素吸蔵複合材料と比較例3の水素吸蔵複合材料とについて、複合化されているTi量を比較すると、実施例3の水素吸蔵複合材料は、比較例3の水素吸蔵複合材料の約1/100にすぎない。つまり、実施例3の水素吸蔵複合材料は、Ti量が極めて少量にもかかわらず、低温下でより多くの水素を放出した。   Here, when the combined amount of Ti is compared between the hydrogen storage composite material of Example 3 and the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3, the hydrogen storage composite material of Example 3 is the same as that of Comparative Example 3. It is only about 1/100 of the composite material. That is, the hydrogen storage composite material of Example 3 released more hydrogen at a low temperature despite the extremely small amount of Ti.

また、比較例4、5の水素吸蔵複合材料では、それぞれ、図8、図9中、一点鎖線で示すように、室温から120℃に昇温するまでの間に放出された水素量は1wt%前後であり、120℃×6時間保持後の水素放出量は4wt%に達しなかった。このように、単に遷移金属を触媒として用いても、室温〜120℃という比較的低温下では、水素吸蔵材料から充分に水素を放出させることはできない。   Further, in the hydrogen storage composite materials of Comparative Examples 4 and 5, as shown by the alternate long and short dash lines in FIGS. 8 and 9, the amount of hydrogen released until the temperature is raised from room temperature to 120 ° C. is 1 wt%. The amount of hydrogen released after holding at 120 ° C. for 6 hours did not reach 4 wt%. Thus, even if a transition metal is simply used as a catalyst, hydrogen cannot be sufficiently released from the hydrogen storage material at a relatively low temperature of room temperature to 120 ° C.

以上より、本発明の水素吸蔵複合材料は、含まれる遷移金属量が少量であっても、室温下で多量の水素を放出することが確認された。これより、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒の触媒効果が確認された。   From the above, it was confirmed that the hydrogen storage composite material of the present invention releases a large amount of hydrogen at room temperature even if the amount of transition metal contained is small. This confirmed the catalytic effect of the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention.

(b) 昇温過程における水素放出挙動
実施例3および比較例3〜5の各水素吸蔵複合材料を、0.1MPaのアルゴンガス雰囲気にて昇温し、昇温過程における水素放出挙動を調べた。結果を図10〜13に示す。
図10は、実施例3(触媒:LiAlH4/TiCl3)の水素吸蔵複合材料の水素放出量を示す。図11は、比較例3(触媒:TiCl3)の水素吸蔵複合材料の水素放出量を示す。図12は、比較例4(触媒:数μmTi)の水素吸蔵複合材料の水素放出量を示す。図13は、比較例5(触媒:数μmNi)の水素吸蔵複合材料の水素放出量を示す。各図に示す水素放出量のうち、実線は実測値を示す。一点鎖線は、実測値に、MG処理中に放出された水素量を加えた値を示す。また、点線は、水素放出速度を示す。
(B) Hydrogen release behavior in the temperature raising process The hydrogen storage composite materials of Example 3 and Comparative Examples 3 to 5 were heated in an argon gas atmosphere of 0.1 MPa, and the hydrogen release behavior in the temperature raising process was examined. . The results are shown in FIGS.
FIG. 10 shows the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Example 3 (catalyst: LiAlH 4 / TiCl 3 ). FIG. 11 shows the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3 (catalyst: TiCl 3 ). FIG. 12 shows the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 4 (catalyst: several μm Ti). FIG. 13 shows the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 5 (catalyst: several μm Ni). Of the hydrogen release amounts shown in each figure, the solid line indicates the actual measurement value. A one-dot chain line indicates a value obtained by adding the amount of hydrogen released during MG treatment to the actual measurement value. The dotted line indicates the hydrogen release rate.

図10中、一点鎖線で示すように、実施例3の水素吸蔵複合材料は、MG処理中に既に約2.4wt%の水素を放出していた。そして、50℃付近から除々に水素が放出され、250℃に至ると水素放出量は7wt%を超えた。前述したように、LiAlH4の水素放出速度は、150〜200℃付近で第一のピークを示し、200〜250℃付近で第二のピークを示し、400〜450℃付近で第三のピークを示す。しかし、実施例3の水素吸蔵複合材料は、室温下でも水素を放出する。このため、図10中、点線で示すように、第一のピーク及び第二のピークは重なり、低温側にずれている。 As indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 10, the hydrogen storage composite material of Example 3 had already released about 2.4 wt% of hydrogen during the MG treatment. Then, hydrogen was gradually released from around 50 ° C., and when it reached 250 ° C., the hydrogen release amount exceeded 7 wt%. As described above, the hydrogen release rate of LiAlH 4 shows a first peak around 150 to 200 ° C., a second peak around 200 to 250 ° C., and a third peak around 400 to 450 ° C. Show. However, the hydrogen storage composite material of Example 3 releases hydrogen even at room temperature. For this reason, as shown by a dotted line in FIG. 10, the first peak and the second peak overlap and are shifted to the low temperature side.

一方、比較例3の水素吸蔵複合材料では、図11に示すように、MG処理中には水素は放出されず、100℃付近から除々に水素が放出された。また、比較例4の水素吸蔵複合材料では、図12に示すように、MG処理中には水素は放出されず、150℃付近から除々に水素が放出された。また、比較例5の水素吸蔵複合材料では、図13中、一点鎖線で示すように、MG処理中に約0.65wt%の水素を放出していた。しかし、水素放出開始温度は130℃付近であった。   On the other hand, in the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3, as shown in FIG. 11, no hydrogen was released during the MG treatment, and hydrogen was gradually released from around 100 ° C. Further, in the hydrogen storage composite material of Comparative Example 4, as shown in FIG. 12, hydrogen was not released during the MG treatment, and hydrogen was gradually released from around 150 ° C. Further, in the hydrogen storage composite material of Comparative Example 5, about 0.65 wt% of hydrogen was released during the MG treatment, as indicated by a one-dot chain line in FIG. However, the hydrogen release start temperature was around 130 ° C.

以上より、本発明の水素吸蔵複合材料は、含まれる遷移金属量が少量であっても、室温下で多量の水素を放出することが確認された。つまり、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒を用いれば、水素放出温度の低温化を実現できる。   From the above, it was confirmed that the hydrogen storage composite material of the present invention releases a large amount of hydrogen at room temperature even if the amount of transition metal contained is small. That is, if the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention is used, the hydrogen release temperature can be lowered.

(c) 触媒の有無による水素放出挙動
本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒の触媒効果を確認するため、実施例3の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化と、触媒を用いずにMG処理した水素吸蔵材料(LiAlH4)の水素吸蔵量の経時変化とを比較した。なお、水素放出条件は、0.1MPa、アルゴンガス雰囲気、120℃とした。図14に、各材料の水素放出量の経時変化を示す。
(C) Hydrogen release behavior with and without catalyst In order to confirm the catalytic effect of the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention, the change over time in the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Example 3 and the MG treatment without using the catalyst The hydrogen storage amount of the obtained hydrogen storage material (LiAlH 4 ) was compared with the change over time. The hydrogen release conditions were 0.1 MPa, argon gas atmosphere, and 120 ° C. FIG. 14 shows the change over time in the amount of hydrogen released from each material.

前述したように、実施例3の水素吸蔵複合材料は、MG処理中を含め、室温から120℃に昇温するまでの間に約5wt%の水素を放出する。このため、図14において、測定開始時の水素放出量は約5wt%となっている。そして、測定開始後6時間で、約6wt%の水素を放出した。一方、触媒を含まない水素吸蔵材料は、いずれも室温下ではほとんど水素を放出しなかった。また、MG処理を96時間行った場合でも、6時間経過後の水素放出量は約5wt%にとどまった。このように、本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒を用いれば、低温下で多量の水素放出が可能となることがわかる。   As described above, the hydrogen storage composite material of Example 3 releases about 5 wt% of hydrogen from the room temperature to 120 ° C., including during the MG treatment. For this reason, in FIG. 14, the hydrogen release amount at the start of measurement is about 5 wt%. Then, about 6 wt% of hydrogen was released 6 hours after the start of measurement. On the other hand, none of the hydrogen storage materials containing no catalyst released hydrogen at room temperature. Further, even when the MG treatment was performed for 96 hours, the hydrogen release amount after 6 hours was only about 5 wt%. Thus, it can be seen that a large amount of hydrogen can be released at a low temperature by using the aluminum-based nanocomposite catalyst of the present invention.

(実施例4)
[1. AlH3の合成(1)]
30ccのジエチルエーテルに2.3〜6.3gのLiHと2.9gのAlCl3とを加え、不活性ガス(Ar)雰囲気、室温下、10分攪拌した。LiH(x)とAlCl3(y)のモル比(x/y)は、3〜8とした。反応終了後、ろ過により沈殿物(LiClなど)を取り除き、ジエチルエーテルを揮発させた。
沈殿物を除去した試料について、熱脱離法により水素放出特性を測定した。図15に、各試料の水素放出量を示す。また、図16に、x/y=3である試料の水素放出量(実線)及び水素放出速度(点線)を示す。図15及び図16中、縦軸は、いずれも任意目盛りである。図15及び図16に示すように、x/y=3の試料の場合、約130℃から水素放出を開始し、150℃付近で多量の水素を放出した。
図15及び図16より、x/y=3の場合、式(d)に従い、単一の物質(AlH3)が生成したと推定される。また、x/y=4の場合、式(f)に従い、主としてLiAlH4が生成したと推定される。さらに、x/y=5〜8の場合、その組成は不明であるが、AlH3を含む複数の水素化物の混合物が生成したと推定される。
Example 4
[1. Synthesis of AlH 3 (1)]
To 30 cc of diethyl ether, 2.3 to 6.3 g of LiH and 2.9 g of AlCl 3 were added, and the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes under an inert gas (Ar) atmosphere. The molar ratio (x / y) between LiH (x) and AlCl 3 (y) was 3-8. After completion of the reaction, precipitates (LiCl, etc.) were removed by filtration, and diethyl ether was volatilized.
The sample from which the precipitate was removed was measured for hydrogen release characteristics by a thermal desorption method. FIG. 15 shows the hydrogen release amount of each sample. FIG. 16 shows the hydrogen release amount (solid line) and hydrogen release rate (dotted line) of the sample with x / y = 3. In FIG. 15 and FIG. 16, the vertical axis is an arbitrary scale. As shown in FIGS. 15 and 16, in the case of the sample of x / y = 3, hydrogen release started from about 130 ° C., and a large amount of hydrogen was released around 150 ° C.
From FIG. 15 and FIG. 16, when x / y = 3, it is estimated that a single substance (AlH 3 ) was generated according to the equation (d). Further, when x / y = 4, it is estimated that LiAlH 4 is mainly generated according to the equation (f). Furthermore, when x / y = 5 to 8, the composition is unknown, but it is estimated that a mixture of a plurality of hydrides containing AlH 3 was formed.

[2. AlH3の合成(2)]
LiHに代えて、LiAlH4を用いた以外は、[1.]と同一の手順に従い、水素化物を合成した。なお、LiAlH4(x)とAlCl3(y)のモル比(x/y)は、3とした。
沈殿物を除去した試料について、熱脱離法により水素放出特性を測定した。図17に、水素放出量(実線)及び水素放出速度(点線)を示す。図17中、縦軸は、任意目盛りである。図17より、この試料は、約100℃より水素の放出を開始することがわかる。この試料の場合、式(e)に従い、単一の物質(AlH3)が生成したと推定される。また、[1.]で得られた試料よりも水素放出開始温度が低いのは、出発原料の種類により、AlH3のできかたに違いが生ずるためと考えられる。得られた試料のX線回折を行ったところ、β−AlH3(JCPDSファイル:38−0757)に類似の構造を有する化合物からなることを確認した。
[2. Synthesis of AlH 3 (2)]
Except for using LiAlH 4 instead of LiH, [1. The hydride was synthesized following the same procedure as above. The molar ratio (x / y) between LiAlH 4 (x) and AlCl 3 (y) was 3.
The sample from which the precipitate was removed was measured for hydrogen release characteristics by a thermal desorption method. FIG. 17 shows the hydrogen release amount (solid line) and the hydrogen release rate (dotted line). In FIG. 17, the vertical axis is an arbitrary scale. FIG. 17 shows that this sample starts releasing hydrogen at about 100 ° C. In the case of this sample, it is estimated that a single substance (AlH 3 ) was generated according to the equation (e). [1. The reason why the hydrogen release start temperature is lower than that of the sample obtained in the above is considered to be due to the difference in how AlH 3 is formed depending on the type of starting material. When the obtained sample was subjected to X-ray diffraction, it was confirmed that the sample was composed of a compound having a structure similar to β-AlH 3 (JCPDS file: 38-0757).

[3. 水素吸蔵複合材料の作製]
式(d)に従って合成したAlH3(x/y=3)に、5wt%相当の遷移金属、遷移金属のハロゲン化物又はアルカリ金属のハロゲン化物を加え、MG処理又は乳鉢による混合を行った。MG処理条件は、MG処理時間を5分〜1時間とした以外は、実施例1と同一とした。
[4. 評価]
得られた水素吸蔵複合材料について、0.1MPaのアルゴンガス雰囲気にて昇温し、昇温過程における水素放出挙動を調べた。水素量の測定には、熱脱離法を用いた。表1に、水素吸蔵複合材料に含まれる水素量(450℃に加熱されるまでに放出された総水素量)、及び、水素放出開始温度を示す。なお、表1には、式(d)に従って合成したAlH3、式(e)に従って合成したAlH3、及び、式(d)に従って合成したAlH3のみをMG処理(処理時間:1時間)した試料の結果も併せて示した。
[3. Preparation of hydrogen storage composite material]
5% by weight of transition metal, transition metal halide or alkali metal halide was added to AlH 3 (x / y = 3) synthesized according to the formula (d) and mixed with MG treatment or mortar. The MG treatment conditions were the same as in Example 1 except that the MG treatment time was 5 minutes to 1 hour.
[4. Evaluation]
The obtained hydrogen storage composite material was heated in an argon gas atmosphere of 0.1 MPa, and the hydrogen release behavior in the temperature rising process was examined. A thermal desorption method was used to measure the amount of hydrogen. Table 1 shows the amount of hydrogen contained in the hydrogen storage composite material (total amount of hydrogen released before being heated to 450 ° C.) and the hydrogen release start temperature. In Table 1, AlH 3, AlH 3 was synthesized according to the equation (e) was synthesized in accordance with equation (d), and, only AlH 3 was synthesized according to the equation (d) MG (treatment time: 1 hour) was Sample results are also shown.

Figure 2006142281
Figure 2006142281

式(d)に従って合成されたAlH3の水素量は10wt%、水素放出開始温度は130℃であった。また、式(e)に従って合成されたAlH3の水素量は10wt%、水素放出開始温度は100℃であった。さらに、AlH3のみをMG処理した場合、MG処理過程で約5wt%の水素が放出され、試料中の水素量は、約5wt%であった。また、MG処理により、水素放出開始温度は、75℃まで低下した。図18に、式(d)に従って合成されたAlH3をMG処理(処理時間:1時間)した試料の水素放出量(実線)及び水素放出速度(点線)を示す。図18中、縦軸は、任意目盛りである。 The amount of hydrogen of AlH 3 synthesized according to the formula (d) was 10 wt%, and the hydrogen release start temperature was 130 ° C. In addition, the amount of hydrogen of AlH 3 synthesized according to the formula (e) was 10 wt%, and the hydrogen release start temperature was 100 ° C. Furthermore, when only AlH 3 was treated with MG, about 5 wt% of hydrogen was released during the MG treatment process, and the amount of hydrogen in the sample was about 5 wt%. Moreover, the hydrogen release start temperature decreased to 75 ° C. by the MG treatment. FIG. 18 shows the hydrogen release amount (solid line) and hydrogen release rate (dotted line) of a sample obtained by subjecting AlH 3 synthesized according to the formula (d) to MG treatment (treatment time: 1 hour). In FIG. 18, the vertical axis is an arbitrary scale.

これに対し、AlH3に対して、遷移金属等を添加してMG処理した場合、水素放出開始温度は、45〜70℃に低下した。水素吸蔵複合材料に含まれる水素量は、MG処理時間に依存し、処理時間が長くなるほど減少した。これは、MG処理過程で水素が放出されたためである。
特に、遷移金属又は遷移金属のハロゲン化物は、AlH3を熱的に不安定にさせる作用が大きく、わずか10分のMG処理で、水素放出開始温度は、45〜60℃に低下した。また、単に乳鉢で5分間混合するだけでも、水素放出開始温度は、95℃に低下した。
On the other hand, when MG treatment was performed by adding a transition metal or the like to AlH 3 , the hydrogen release start temperature decreased to 45 to 70 ° C. The amount of hydrogen contained in the hydrogen storage composite material depended on the MG processing time, and decreased as the processing time increased. This is because hydrogen was released during the MG treatment process.
In particular, transition metals or transition metal halides have a large effect of thermally destabilizing AlH 3 , and the hydrogen release start temperature decreased to 45 to 60 ° C. by MG treatment for only 10 minutes. Moreover, the hydrogen release start temperature decreased to 95 ° C. by simply mixing in a mortar for 5 minutes.

(実施例5)
[1. アルミニウム系ナノ複合触媒の作製]
式(d)に従って合成されたAlH3と各種遷移金属のハロゲン化物とを重量比で50/50となるように配合し、24時間MG処理した。MG処理方法は、実施例1と同一とした。
[2. 水素吸蔵複合材料の作製]
LiAlH4に、[1.]で合成された各種複合触媒を加え、MG処理又は乳鉢による混合を行った。複合触媒の添加量は、5wt%とした。また、MG処理条件は、MG処理時間を5分とした以外は、実施例1と同一とした。
[3. 評価]
得られた水素吸蔵複合材料について、0.1MPaのアルゴンガス雰囲気にて昇温し、昇温過程における水素放出挙動を調べた。水素量の測定には、熱脱離法を用いた。表2に、水素吸蔵複合材料に含まれる水素量(450℃に加熱されるまでに放出された総水素量)、及び、水素放出開始温度を示す。なお、表1には、MG処理を行わないLiAlH4のみ、及び、LiAlH4に5wt%相当のTiCl3を加えて5分間MG処理した試料の結果も併せて示した。
(Example 5)
[1. Preparation of aluminum nanocomposite catalyst]
AlH 3 synthesized according to the formula (d) and halides of various transition metals were blended at a weight ratio of 50/50 and subjected to MG treatment for 24 hours. The MG processing method was the same as in Example 1.
[2. Preparation of hydrogen storage composite material]
LiAlH 4 [1. ] Was added, and MG treatment or mixing with a mortar was performed. The addition amount of the composite catalyst was 5 wt%. The MG processing conditions were the same as those in Example 1 except that the MG processing time was 5 minutes.
[3. Evaluation]
The obtained hydrogen storage composite material was heated in an argon gas atmosphere of 0.1 MPa, and the hydrogen release behavior in the temperature rising process was examined. A thermal desorption method was used to measure the amount of hydrogen. Table 2 shows the amount of hydrogen contained in the hydrogen storage composite material (total amount of hydrogen released before being heated to 450 ° C.) and the hydrogen release start temperature. Table 1 also shows the results of only LiAlH 4 that was not subjected to MG treatment, and samples that were subjected to MG treatment for 5 minutes by adding 5 wt% of TiCl 3 to LiAlH 4 .

Figure 2006142281
Figure 2006142281

LiAlH4の水素量は10.5wt%、水素放出開始温度は、150℃であった。また、触媒としてTiCl3を用いて5分間のMG処理を行った場合、水素放出開始温度は、100℃であった。
これに対し、各種複合触媒を用いた場合、わずか5分間のMG処理により、水素放出開始温度は60〜70℃に低下した。また、複合触媒(AlH3/TiCl3)を加えて乳鉢で5分間混合(不活性ガス雰囲気)するだけでも、水素放出開始温度は、130℃まで低下した。表2より、本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒は、アルカリ金属水素化物の触媒として有効であることがわかる。
LiAlH 4 had a hydrogen content of 10.5 wt% and a hydrogen release start temperature of 150 ° C. In addition, when MG treatment was performed for 5 minutes using TiCl 3 as a catalyst, the hydrogen release start temperature was 100 ° C.
On the other hand, when various composite catalysts were used, the hydrogen release start temperature decreased to 60 to 70 ° C. by MG treatment for only 5 minutes. Moreover, even if the composite catalyst (AlH 3 / TiCl 3 ) was added and mixed in an mortar for 5 minutes (inert gas atmosphere), the hydrogen release start temperature decreased to 130 ° C. From Table 2, it can be seen that the aluminum-based nanocomposite catalyst according to the present invention is effective as a catalyst for an alkali metal hydride.

本発明に係るアルミニウム系ナノ複合触媒及びその製造方法は、水素吸蔵材料の水素吸蔵・放出反応の開始温度を低温化するための触媒及びその製造方法として用いることが出来る。
また、本発明に係る水素吸蔵複合材料は、燃料電池システム用の水素貯蔵手段、超高純度水素製造装置、ケミカル式ヒートポンプ、アクチュエータ、金属−水素蓄電池用の水素貯蔵体等に用いることができる。
The aluminum-based nanocomposite catalyst and the method for producing the same according to the present invention can be used as a catalyst for lowering the starting temperature of the hydrogen storage / release reaction of the hydrogen storage material and the method for producing the same.
In addition, the hydrogen storage composite material according to the present invention can be used for hydrogen storage means for fuel cell systems, ultra-high purity hydrogen production equipment, chemical heat pumps, actuators, hydrogen storage bodies for metal-hydrogen storage batteries, and the like.

昇温過程におけるLiAlH4の水素放出速度を示すグラフである。Is a graph showing the rate of hydrogen release of LiAlH 4 in the Atsushi Nobori process. 昇温過程におけるLiAlH4の水素放出量を示すグラフである。Is a graph showing the hydrogen release amount of LiAlH 4 in the Atsushi Nobori process. MG処理時間の異なる5種類のアルミニウム系ナノ複合触媒の水素放出挙動を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen discharge | release behavior of five types of aluminum nanocomposite catalysts from which MG processing time differs. 実施例1の触媒(MG処理時間:24hr)のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of the catalyst of Example 1 (MG treatment time: 24 hours). 実施例2の触媒のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of the catalyst of Example 2. 実施例3の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing a change over time in the hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Example 3. 比較例3の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing a change over time in the amount of hydrogen released from the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3; 比較例4の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing a change over time in the amount of hydrogen released from the hydrogen storage composite material of Comparative Example 4; 比較例5の水素吸蔵複合材料の水素放出量の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing a change with time in hydrogen release amount of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 5. 実施例3の水素吸蔵複合材料の昇温過程における水素放出量を示すグラフである。6 is a graph showing a hydrogen release amount in a temperature rising process of the hydrogen storage composite material of Example 3. 比較例3の水素吸蔵複合材料の昇温過程における水素放出量を示すグラフである。10 is a graph showing a hydrogen release amount in a temperature rising process of the hydrogen storage composite material of Comparative Example 3. 比較例4の水素吸蔵複合材料の昇温過程における水素放出量を示すグラフである。6 is a graph showing a hydrogen release amount in a temperature rising process of a hydrogen storage composite material of Comparative Example 4. 比較例5の水素吸蔵複合材料の昇温過程における水素放出量を示すグラフである。6 is a graph showing a hydrogen release amount in a temperature rising process of a hydrogen storage composite material of Comparative Example 5. 本発明のアルミニウム系ナノ複合触媒の有無による水素放出挙動の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in hydrogen discharge | release behavior by the presence or absence of the aluminum-type nano composite catalyst of this invention. LiH(x)とAlCl3(y)のモル比(x/y)を変えて、ジエチルエーテル中で合成した水素化物の水素放出量を示す図である。Changing LiH (x) and the molar ratio of AlCl 3 (y) a (x / y), it is a graph showing the hydrogen release amount of synthesized hydride in diethyl ether. 式(d)に従って合成されたAlH3の水素放出量及び水素放出速度を示す図である。Illustrates been hydrogen release amount and rate of hydrogen release of AlH 3 synthesized according to formula (d). 式(f)に従って合成されたAlH3の水素放出量及び水素放出速度を示す図である。Illustrates been hydrogen release amount and rate of hydrogen release of AlH 3 synthesized according to formula (f). 式(d)に従って合成されたAlH3のMG処理後(処理時間:1時間)の水素放出量及び水素放出速度を示す図である。After MG processing AlH 3 synthesized according to formula (d) (processing time: 1 hour) is a graph showing the hydrogen release amount and rate of hydrogen release of.

Claims (24)

ナノメートルサイズのアルミニウム(Al)と、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒。   An aluminum-based nanocomposite catalyst comprising nanometer-sized aluminum (Al) and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, which are composited in a highly dispersed state. 前記ナノ粒子の平均粒子径は、10nm以上50nm以下である請求項1に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   The aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 1, wherein an average particle size of the nanoparticles is 10 nm or more and 50 nm or less. 前記遷移金属は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、バナジウム(V)から選ばれる一種以上である請求項1に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   The aluminum-based nanostructure according to claim 1, wherein the transition metal is at least one selected from titanium (Ti), zirconium (Zr), cobalt (Co), nickel (Ni), chromium (Cr), and vanadium (V). Composite catalyst. 前記Alに加えて、LiAlH4、及び/又は、Li3AlHを含み、
前記遷移金属は、Tiであり、
前記ナノ粒子は、Al3Ti粒子に加えて、TiCl3粒子、及び/又は、Ti粒子を含む請求項1に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。
In addition to Al, LiAlH 4 and / or Li 3 AlH 6 are included,
The transition metal is Ti;
The aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 1, wherein the nanoparticles include TiCl 3 particles and / or Ti particles in addition to Al 3 Ti particles.
アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる一種以上とAlとの複合水素化物と、遷移金属を含む塩化物と、からなる原料混合物を機械的粉砕処理することにより得られる請求項1に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   2. The composition according to claim 1, which is obtained by mechanically pulverizing a raw material mixture composed of a composite hydride of one or more selected from alkali metal elements and alkaline earth metal elements and Al, and a chloride containing a transition metal. Aluminum-based nanocomposite catalyst. アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる一種以上とAlとの複合水素化物と、遷移金属を含む塩化物と、からなる原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、
該原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属とAlとの化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る機械的粉砕処理工程と、
を含むアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。
A raw material mixture preparation step for preparing a raw material mixture comprising a composite hydride of one or more selected from alkali metal elements and alkaline earth metal elements and Al, and a chloride containing a transition metal;
The raw material mixture is mechanically pulverized to include an aluminum-based nanocomposite catalyst containing nanometer-sized Al and nanoparticles composed of a compound of at least a transition metal and Al, which are complexed in a highly dispersed state. A mechanical grinding process step to obtain;
The manufacturing method of the aluminum type nano composite catalyst containing this.
前記複合水素化物は、LiAlH4、NaAlH4、KAlH4、MgAlH4、Ca(AlH4)2から選ばれる一種以上である請求項6に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。 The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 6, wherein the composite hydride is one or more selected from LiAlH 4 , NaAlH 4 , KAlH 4 , MgAlH 4 , and Ca (AlH 4 ) 2 . 前記遷移金属は、Ti、Zr、Co、Ni、Cr、Vから選ばれる一種以上である請求項6に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。   The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 6, wherein the transition metal is one or more selected from Ti, Zr, Co, Ni, Cr, and V. 前記遷移金属の塩化物の配合割合は、前記原料混合物の重量を100wt%とした場合の1wt%以上50wt%以下である請求項6に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。   The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 6, wherein the compounding ratio of the transition metal chloride is 1 wt% or more and 50 wt% or less when the weight of the raw material mixture is 100 wt%. 水素吸蔵材料に、請求項1に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒が高分散状態で複合化されてなる水素吸蔵複合材料。   A hydrogen storage composite material obtained by combining the aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 1 in a highly dispersed state with a hydrogen storage material. 前記水素吸蔵材料は、リチウム(Li)系またはマグネシウム(Mg)系の材料である請求項10に記載の水素吸蔵複合材料。   The hydrogen storage composite material according to claim 10, wherein the hydrogen storage material is a lithium (Li) -based or magnesium (Mg) -based material. 前記アルミニウム系ナノ複合触媒の含有割合は、当該水素吸蔵複合材料の重量を100wt%とした場合の0.1wt%以上10wt%以下である請求項10に記載の水素吸蔵複合材料。   11. The hydrogen storage composite material according to claim 10, wherein a content ratio of the aluminum-based nanocomposite catalyst is 0.1 wt% or more and 10 wt% or less when the weight of the hydrogen storage composite material is 100 wt%. ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒。   An aluminum-based nanocomposite catalyst comprising nanometer-sized Al and nanoparticles composed of at least a transition metal, a transition metal compound or an alkali metal compound, and these are composited in a highly dispersed state. 前記遷移金属は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、バナジウム(V)から選ばれる一種以上である請求項13に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   The aluminum-based nanostructure according to claim 13, wherein the transition metal is at least one selected from titanium (Ti), zirconium (Zr), cobalt (Co), nickel (Ni), chromium (Cr), and vanadium (V). Composite catalyst. 前記遷移金属化合物は、前記遷移金属と前記Alとの化合物である請求項13に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   The aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 13, wherein the transition metal compound is a compound of the transition metal and the Al. 前記アルカリ金属化合物は、アルカリ金属の塩化物である請求項13に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒。   The aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 13, wherein the alkali metal compound is an alkali metal chloride. AlH3を含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、
前記原料混合物を機械的粉砕処理し、ナノメートルサイズのAlと、少なくとも遷移金属、遷移金属化合物又はアルカリ金属化合物からなるナノ粒子とを含み、これらが高分散状態で複合化されているアルミニウム系ナノ複合触媒を得る機械的粉砕処理工程と
を備えたアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。
A raw material mixture preparation step of preparing a raw material mixture containing a hydride containing AlH 3 and at least one selected from a transition metal, a halide of a transition metal, and a halide of an alkali metal;
The raw material mixture is mechanically pulverized to contain nanometer-size Al and at least nanoparticles composed of a transition metal, a transition metal compound or an alkali metal compound, and these are compounded in a highly dispersed state. The manufacturing method of the aluminum type nano composite catalyst provided with the mechanical grinding | pulverization process process of obtaining a composite catalyst.
前記AlHを含む水素化物は、アルカリ金属を含む水素化物と、Alのハロゲン化物とを反応させることにより得られるものである請求項17に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒の製造方法。 The method for producing an aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 17, wherein the hydride containing AlH 3 is obtained by reacting a hydride containing an alkali metal with a halide of Al. 請求項17又は18に記載の方法により得られるアルミニウム系ナノ複合触媒。   An aluminum-based nanocomposite catalyst obtained by the method according to claim 17 or 18. 水素吸蔵材料と、
該水素吸蔵材料に分散させた請求項13に記載のアルミニウム系ナノ複合触媒と
を備えた水素吸蔵複合材料。
A hydrogen storage material;
A hydrogen storage composite material comprising the aluminum-based nanocomposite catalyst according to claim 13 dispersed in the hydrogen storage material.
前記水素吸蔵材料は、リチウム(Li)系またはマグネシウム(Mg)系の材料である請求項20に記載の水素吸蔵複合材料。   21. The hydrogen storage composite material according to claim 20, wherein the hydrogen storage material is a lithium (Li) -based or magnesium (Mg) -based material. 前記アルミニウム系ナノ複合触媒の含有割合は、前記水素吸蔵複合材料の重量を100wt%とした場合の0.1wt%以上10wt%以下である請求項20に記載の水素吸蔵複合材料。   21. The hydrogen storage composite material according to claim 20, wherein a content ratio of the aluminum-based nanocomposite catalyst is 0.1 wt% or more and 10 wt% or less when the weight of the hydrogen storage composite material is 100 wt%. AlHを含む水素化物と、遷移金属、遷移金属のハロゲン化物、及び、アルカリ金属のハロゲン化物から選ばれる一種以上とを含む原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、
前記原料混合物を機械的粉砕処理する機械的粉砕処理工程と
を備えた水素吸蔵複合材料の製造方法。
A raw material mixture preparation step for preparing a raw material mixture containing a hydride containing AlH 3 and at least one selected from a transition metal, a halide of a transition metal, and a halide of an alkali metal;
A method for producing a hydrogen storage composite material, comprising: a mechanical grinding treatment step of mechanically grinding the raw material mixture.
請求項23に記載の方法により得られる水素吸蔵複合材料。
The hydrogen storage composite material obtained by the method of Claim 23.
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