産総研，グラフェンを用いた水素発生触媒を作製

産業技術総合研究所（産総研）は，「非貴金属犠牲法」という新しい手法を開発し，超微細な金属ナノ粒子の触媒を層状炭素材料であるグラフェン上に均一に固定化することに成功した（ニュースリリース）。

化学的水素貯蔵は，高密度の水素を化学結合によって水素化物という安定な形で安全に貯蔵できる。用いる水素化物としては現在，アンモニアやメチルシクロヘキサンなどが検討されているが，水素発生温度が高いといった問題がある。これに対して，ギ酸は常温常圧での水素貯蔵量が4.4%あり，二酸化炭素との相互変換に伴うエネルギー変化が小さいことから，温和な条件で使用でき，効率のよい水素貯蔵用水素化物として期待されている。

これまでに産総研で，二酸化炭素の水素化によるギ酸生成（水素貯蔵）とギ酸の分解による水素ガス発生という二酸化炭素/ギ酸の相互変換を温和な条件で行なえる高性能な均一系触媒（金属錯体）が開発されている。しかし，ギ酸を用いた水素貯蔵システムを実用化するため高活性で高耐久性の不均一系触媒が望まれていた。

グラフェンは，金属ナノ粒子触媒を固定化させる材料としても注目され，さまざまな固定化方法が試みられてきたが，金属ナノ粒子触媒が固定化の過程で凝集して大きくなり，触媒反応に活性を示す有効な金属の表面積が小さくなることから，触媒活性が不十分などの問題が生じていた。

今回，還元の際に貴金属とともに析出した非貴金属を犠牲とすることにより，グラフェン上に超微細貴金属ナノ粒子を固定化する「非貴金属犠牲法」という手法を開発した。この手法では，貴金属が還元されてグラフェン上へ析出する際に，同時に析出した非貴金属が貴金属ナノ粒子の凝集を防ぐ。その後，酸によって非貴金属を溶出（非貴金属の犠牲）させることによって，超微細貴金属ナノ粒子をグラフェン上に固定化できる。非貴金属を同時に析出させる点が従来法との主な違いの一つ。

開発したグラフェン上に固定化された金属ナノ粒子触媒は，ギ酸の分解反応により高効率に水素を発生させた。触媒活性の指標である触媒回転頻度は50 ℃では2739 h-1に達し，これは不均一系触媒では最も高い値となる。また，生成した水素からは，燃料電池の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が検出されなかった。さらに，この触媒は，サイクル試験において安定な触媒活性を維持し，高い耐久性を示した。

産総研では今後，「非貴金属犠牲法」を用いて，グラフェン上に固定化した金属ナノ粒子触媒の開発を進め，ギ酸をはじめとする化学的水素貯蔵に用いる材料の高機能化，高効率化を図り，さらに環境やエネルギー技術に応用可能な多様な材料に展開していきたいとしている。