| Project/Area Number |
19J23505
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福井 慧賀 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | イオン伝導 / ヒドリドイオン / 酸水素化ランタン / 水素化イットリウムマグネシウム |
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| Outline of Research at the Start |
水素原子が電子を１つ受け取って生じるヒドリドイオン（H－）は，マグネシウムに匹敵する高い酸化還元電位（－2.3 V）を持つことから化学電池や化学反応への応用が期待されている．
我々はこれまでに350°Cの中温条件下で最も高いH－伝導度を示す新物質，酸水素化ランタンを発見した．さらに数値シミュレーションにより，隣り合ったH－が玉突き状態で連鎖的に移動する特異な現象を見出した．水中のプロトン伝導に類似したこの現象はH－伝導体の動作温度を低減するうえで重要な要素であると考えられる．
そこで本研究は酸水素化ランタンのH－伝導機構を詳細に解析し，より低温で動作するH－伝導体を開発することを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素の陰イオンであるヒドリドイオンはその高い反応性から化学合成およびエネルギー担体としての応用が期待される．本研究課題は酸水素化ランタン（LaH3－2xOx）におけるヒドリドイオン伝導機構を明らかにすることで固体中のイオン伝導について知見を深めるとともに，さらに高性能なヒドリドイオン伝導体の開発につなげることを目的としている．
これまでの研究からLaH3－2xOxは酸素量（x）の減少に伴いヒドリドイオン伝導度が向上する一方，電子伝導性も合わせて大きくなりイオン輸率が低下することが判明している．この電子伝導性の起源は水素の脱離に伴って生じるギャップ内準位であると想定されたため，再水素化による水素欠陥の補償を試みた．その結果電子伝導性は2万分の1以下まで低減され，x = 0.1の組成において室温で1 mS/cmを超える高いヒドリドイオン伝導度を示すことが明らかとなった．
この高伝導度の起源を探るため分子動力学シミュレーションにより伝導機構を調査したところ，酸素近傍（ランタンを介した第二近接位置）を占有する水素のサイト間移動は観察されない一方，酸素から離れた位置の水素は頻繁にサイト間を移動している様子が確認された．またヒドリドイオンの移動はランタン周りの回転運動とランタン間のホッピング運動に分けられ，これら２つの運動が協調的に起こることで伝導度に寄与する長距離拡散が起こると解釈できることがわかった．この伝導機構は回転運動がトリガーとなっているという点で水におけるプロトンのグロータス機構に類似しており，アニオンの伝導機構としてはこれまでに報告のない特異なものであるといえる．今後中性子散乱測定など実験的な側面からもさらなる分析を行うことで，この伝導機構が発現する要因などが明らかになると期待される．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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