超原子価化合物を対象とした高密度水素化物の物質探索および特性評価

• Project/Area Number: 23K19261
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡本 啓 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80983270)
• Project Period (FY): 2023-08-31 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 超原子化合物 / 水素化物 / 高密度水素化物 / 超原子価化合物

Outline of Research at the Start

超原子価化合物は形式上オクテット則を超えた価電子をもつ p-ブロック（最外殻の p 軌道に電子が入る13-18 族）の典型元素化合物である。多量な水素を含有する高密度水素化物は高温超伝導や水素貯蔵、高イオン伝導など魅力的な特性が期待されるものの、安価な p-ブロック元素を用いた物質探索は水素が p-ブロック元素と同等の電気陰性度をもつことから進展しておらず、未開拓な研究領域といえる。本研究では、超原子価水素化合物の物質探索をおこない、その特性を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

超原子価化合物は形式上オクテット則を超えた価電子をもつ p-ブロック（最外殻の p 軌道に電子が入る13-18 族）の典型元素化合物である．p-ブロック元素と同等の電気陰性度をもつ水素を配位子とした超原子価化合物（超原子価水素化合物）の合成は容易でなく，高水素圧力が必要であり，その合成例は一例のみである．多量な水素を含有する 高密度水素化物は高温超伝導や水素貯蔵，高イオン伝導など魅力的な特性が期待されるものの，安価な p-ブロック元素を用いた物質探索は上述の理由から進展しておらず，未開拓な研究領域といえる．近年では，DFT 計算により超原子価水素化合物の安定化構造が予測されたことで物質探索の余地が示された．この未開拓領域を切り拓くべく，本研究では高圧合成法および水素雰囲気下でのメカニカルミリング法を用いて超原子価水素化合物の物質探索およびそれらの特性評価をおこなう．
2023年度では，高圧合成法を用いて既報の K2SiH6 を基にカチオンサイトへの元素置換をおこない，固溶限界について検討を進めると同時に，[SiH6]2- が安定に存在できる結晶構造の探索をおこなった．K2SiH6 の合成条件と同様の条件で合成をおこない，得られた各種試料の粉末X線回折測定をおこなった結果，元素置換によるピークシフトが確認できた．この結果は固溶体の形成を示唆するものであり，探索対象とする相図上に化合物が存在すると考えられる．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

高圧合成法では一度の合成で得られる試料の量が限られており，1種類の固溶体形成を確認するために必要な試行回数が予想よりも多くなっているため，進捗がやや遅れている．

Strategy for Future Research Activity

2024年度は引き続き元素置換をおこなうだけでなく，得られた試料の特性評価を進める予定である．既報の K2SiH6 の結晶構造のみでなく，[SiH6]2- が安定に存在できる結晶構造についても検討をすすめる．