Novel synthesis method for inorganic materials: electrochemical cation substitution
| Project/Area Number |
22K18897
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 一誓 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60821717)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小俣 孝久 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80267640)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | イオン交換 / 無機材料 / 準安定相 |
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| Outline of Research at the Start |
室温～数百度・大気圧で実質的に安定な「準安定相」は、これまでほぼ物性探索の対象とされず、ユニークな物質が眠る“宝の山”である。安定相の物質探索が徐々に終息に向かう中、物質探索の主戦場は、従来法では得られない準安定相へとシフトしつつある。しかし、準安定相の合成に用いられてきた従来の高圧法やイオン置換法は、適用できる物質が限られている。これは制御パラメータが「温度・組成・圧力」に限定されていたからである。本研究では、新たなパラメータ「電場」のアシストで陽イオンを置換することで準安定相を合成する新手法「電気化学的陽イオン置換法」を確立し、物質探索のフィールドを圧倒的に拡大することに挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、主に２つの成果を得た。ひとつはAg膜を堆積したLi3AsO4前駆体へ電圧を印加することによる電気化学的陽イオン置換である。これにより、Liの一部がAgへと置換した(Li,Ag)3AsO4固溶体を得ることができた。対照実験として行った、前駆体とイオン源にLi3AsO4とAgNO3を用いた従来の熱的なイオン交換法では、Ag3AsO4とLi3AsO4の混合物が生成したことから、本固溶体は電気化学的な陽イオン置換によってのみ得られる準安定状態であることが明らかとなった。ふたつめは、第一原理計算を用いて従来の熱的なイオン交換において、狙った固溶体の組成を得る手法を確立したことである。熱的なイオン交換では、原系として前駆体とイオン源、生成系として合成を狙う相（ターゲット相）と副生成物が関わる。イオン交換後のターゲット相の組成が、イオン源と副生成物のエントロピーやエンタルピーによって決定されることを明らかにした。
２年間にわたった本研究の主な成果は下記の２つである。①電気化学的に陽イオンを置換する手法を技術的に確立したことこと。これにより、これまで熱的なイオン交換では不可能であった準安定状態を、電圧の力を借りることで実現できることを実証することができ、材料探索のフィールドを拡大することができた。②従来の熱的なイオン交換においても第一原理計算を用いたエンタルピーの見積もりにより、イオン交換が進行するかいなか、固溶体が生成するかいなか、および、固溶体が生成する場合はそのおおまかな組成を推測する手法を確立したこと。これにより、あるターゲット相を合成する際に最適な前駆体とイオン源を、実験することなく高速でスクリーニングすることが可能となった。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
