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Crystal structure and oxygen storage properties on layered manganese oxides

Research Project

Project/Area Number 20K05092
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
Research InstitutionOsaka Metropolitan University (2022)
Osaka Prefecture University (2020-2021)

Principal Investigator

Ishibashi Hiroki  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70285310)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords結晶構造解析 / 放射光粉末回折 / 層状マンガン酸化物 / 酸素貯蔵材料 / 層状酸化物 / 精密結晶構造解析 / 酸素貯蔵機能 / 精密構造解析 / 粉末中性子回折
Outline of Research at the Start

5配位を有する層状化合物である六方晶マンガン酸化物RMnO3およびその置換体R(Mn,Ti)O3+δは酸素貯蔵材料として期待されている。本研究では、これらの酸化物が示す酸素の吸収・放出の現象を結晶構造学的な様々なアプローチにより、そのメカニズムの解明を目指す。すなわち、放射光・中性子回折、全散乱法およびXAFSにより平均構造および局所構造を決定し、酸素吸収時の過剰酸素の位置や配位数の変化とR, Mnイオンのシフトの相関を明らかにする。その結果に基づき、酸素の吸収・放出の現象の起源を明らかにし、最終的にこれらの物質の酸素貯蔵材料としての可能性を探る。

Outline of Final Research Achievements

We investigated the oxygen absorption and release properties and the crystal structure of Ti-substituted RMnO3 with a layered structure which is known as the oxygen storage materials. The results show that the Ti-substituted system of HoMnO3 has a composition with excess oxygen and a trigonal structure similar to the oxygen absorption phase of HoMnO3, which shows reversible oxygen absorption and desorption properties. High resolution X-ray powder diffraction data with high-counting statistics obtained by synchrotron radiation source of SPring-8 revealed that the oxygen occupancy in the (Mn/Ti)O plane can change flexibly due to the displacement of Ho atoms during the oxygen absorption and desorption processes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、層状酸化物RMnO3のTi置換体も酸素吸収・放出の挙動を起こすことを新たに見いだした。さらに、高輝度放射光を用いた高分解能粉末回折により、その挙動の動的な変化を原子レベルで捉え、R原子の変位と(Mn/Ti)O面の酸素の占有を柔軟に変化させることが酸素吸収・放出に重要な役割を果たしていることがわかった。これらの新しい知見は、今後の新規な酸素貯蔵材料の開発への指針となることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ソノラ大学(メキシコ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Phase diagram and crystal structure of Ti-doped HoMnO3 by high-resolution synchrotron powder diffraction2022

    • Author(s)
      Ishibashi Hiroki、Cubillas Fernando、Uchihashi Kento、Tsukasaki Hirofumi、Kawaguchi Shogo、Ina Toshiaki、Brown Francisco、Kimizuka Noboru、Mori Shigeo、Kubota Yoshiki
    • Journal Title

      Journal of Solid State Chemistry

      Volume: 312 Pages: 123273-123273

    • DOI

      10.1016/j.jssc.2022.123273

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光粉末回折による層状酸化物HoMn1-xTixO3+x/2の相図と結晶構造解析2022

    • Author(s)
      石橋広記、Fernando Cubillas、内橋研人、塚崎裕文、河口彰吾、伊奈稔哲、Francisco Brown、君塚昇、森茂生、久保田佳基
    • Organizer
      日本結晶学会令和4年度年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 層状酸化物HoMn1-xTixO3+δ (x = 0.3)における 酸素吸収・放出挙動と結晶構造変化2022

    • Author(s)
      正木 秀知、石橋 広記,、大谷 颯真、西川 圭佑、芦谷 拓嵩、 河口 彰吾、富安 啓輔、森 茂生、久保田 佳基
    • Organizer
      日本結晶学会令和4年度年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光粉末回折実験による擬2元系酸化物RMnO3-R2Ti2O7(R = Dy, Ho, Er, Yb)の相図と結晶構造解析2022

    • Author(s)
      西川圭佑、石橋広記、芦谷拓嵩、正木秀知、河口彰吾、久保田佳基
    • Organizer
      日本結晶学会令和4年度年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase diagram and crystal structure of Ti-doped HoMnO3 by synchrotron powder diffraction2022

    • Author(s)
      Hiroki Ishibashi, Fernando Cubillas, Kento Uchihashi, Hirofumi Tsukasaki, Shogo Kawaguchi, Toshiaki Ina, Francisco Brown, Noboru Kimizuka, Shigeo Mori, Yoshiki Kubota
    • Organizer
      17th Conference of the Asian Crystallographic Association
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 六方晶マンガン酸化物のTi置換効果と特異なドメイン構造2021

    • Author(s)
      Cubillas Fernand, 内橋研人, 岡田世界, 中島宏, 塚崎裕文, 石井悠衣, 石橋広記, 久保田佳基, 山崎順, 森茂生
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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