2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new mixed-anion compounds: synthesis and establishment of design rules
Project Area | Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities |
Project/Area Number |
16H06439
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Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
Principal Investigator |
荻野 拓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70359545)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲熊 宜之 学習院大学, 理学部, 教授 (00240755)
殷 しゅう 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40271994)
陰山 洋 京都大学, 工学研究科, 教授 (40302640)
垣花 眞人 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50233664)
本郷 研太 北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)
鱒渕 友治 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80466440)
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Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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Keywords | 複合アニオン化合物 / 新物質 / セラミックス / 電子構造 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、無機材料合成の第一線の専門家を組織して技術を結集し、複合アニオン化合物という新たな物質系に対し、系統的な新物質探索および新合成手法の開発を行うことで、新たな学術領域の基礎学理を構築し、創エネ・省エネに貢献する革新的な新材料を創成ことを目的としている。本年度は、特に新合成法の開発と複数アニオンのアニオン配列・積層構造の制御に重点を置き研究を進めた。まず酸窒化物の新規合成法として有毒なアンモニアガスではなく、固体窒素源を用いる全く新しい手法を開発した。これにより従来法よりも低温・短時間かつ均質性の高い酸窒化物の大量合成が可能となった。実験・理論を駆使して物質合成とアニオン配列秩序の解明・制御にもペロブスカイト系を中心に取り組み、ペロブスカイト類縁の酸水素化物・酸水酸化物等におけるcis-trans配位選択性や、酸窒化物ペロブスカイトにおける複合アニオン秩序を伴う長周期構造(>3nm)を発見した。また、酸窒化物薄膜の格子歪みによるcis-trans配位制御とそれに伴う強誘電性の発現にも成功した。これらの結果は、様々な複合アニオンの配位構造が現れること、そしてそれを制御できる可能性を示している。また、層状酸ハライド光触媒では、マーデルングポテンシャル計算により価電子帯バンド構造を再現できることを見出した。これは、複合アニオンによるバンド構造の制御と予測の可能性を示す。この他にも、特異的に狭いバンドギャップをもつパイロクロア構造を持つ鉛酸フッ化物など多数の新物質の合成に成功した。また非酸素系複合アニオン化合物合成の成功、電池材料におけるナノ粒子・ヘテロカーボンを用いた表面複合アニオン化による特性向上など、当初計画の前倒しや、計画した以上の成果が挙がっている。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要にある通り、本研究では昨年度までに、固体窒素源を用いた酸窒化物新物質合成の開発、実験・理論を併用した複数アニオンの配位選択性の制御、アニオン配位制御による強誘電性の発現や複数アニオンが介在したバンドギャップ制御による安定な可視光応答光触媒の開発のなどの成果を挙げている。これらの成果は研究開始当初設定した、「物質設計自由度に立脚した、テーラーメイドでの物質合成」「真に社会に求められている革新的な材料開発」という課題の実現に向け着実な進歩を示すものである。また次年度以降に予定していた非酸化物系複合アニオン化合物の開発や、実用電池材料における複合アニオン化による特性改善など、当初計画より前倒しで研究が進んでいる。このほか、酸フッ化物におけるバンドギャップ減少と可視光応答光触媒機能の発現や、酸水素化物中の水素の電子的な機能の発見など、当初予想していなかった成果も実現しており、これらも今後の複合アニオン化合物の領域発展と新機能材料開発に有用な成果である。 これらのことから、本研究は複合アニオン化合物合成の基礎学理構築及び革新的新材料創成に向け、当初の想定以上に進展していると判断できる。
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Strategy for Future Research Activity |
「物質設計自由度に立脚した、テーラーメイドでの物質合成」「真に社会に求められている革新的な材料開発」という課題の実現に向け、A01内、及び領域内でより緊密に連携して研究を進めて行く。平成31年度は新合成法の開発及び複合アニオン配列秩序制御の高度化を中心に研究を進める。酸窒化物新合成法の特性を活かし、より高次のアニオン組成・配位の制御を実現し、機能化へと繋げる。代表・荻野のリーダーシップのもと、積み上げてきた各種合成法の知見を総動員し、複数手法を組み合わせた多重合成法の開発にも注力する。高圧による非対称なアニオンの圧縮効果、トポケミカル反応による超格子構造形成といったこれまで得られた知見と、計算科学によるアニオン配列・構造予測を組み合わせ、テーラーメイドの物質合成を行う。一部前倒しで探索を行っている非酸化物系、三種アニオン混合系、有機無機ハイブリッド化合物なども含め、様々な系で新物質探索を進めるとともに、cis-trans配位、超格子構造等の複合アニオン特有の新奇秩序の解明と制御を行う。A02との緊密な協力により、構造・配列の生成因子を解明し、統一的な理解を深める。マテリアルズインフォマティクス、フォノン計算等による構造予測の利用により物質探索を加速する。単結晶作製による本質的な物性評価、薄膜による構造・物性制御を行う。平成31年度以降は、それまでの成果を基に、物質及び合成法と構造・秩序及び機能との相関の理解を目指す。それまでに得られた実験・理論の様々な成果を活用し、アニオン配列秩序、積層構造及び電子構造制御した化合物をテーラーメイドで合成する手法を確立する。A03で得られた機能発現に関する基礎学理を元に、革新的機能を持つ材料開発を進める。
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Research Products
(167 results)
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[Journal Article] Chemical Pressure-induced Anion Order-disorder Transition in LnHO Enabled by Hydride Size Flexibility2020
Author(s)
Hiroki Yamashita, Thibault Broux, Yoji Kobayashi, Fumitaka Takeiri, Hiroki Ubukata, Tong Zhu, Michael Hayward, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Kazuki Shitara, Akihide Kuwabara, Taito Murakami, and Hiroshi Kageyama
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc
Volume: 0
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Site Selectivity of Hydride in Early Transition Metal Ruddlesden-Popper Oxyhydrides2020
Author(s)
Olivier Hernandez, Geneste Olivier, Takeshi Yajima, Yoji Kobayashi, Masatoshi Okura, Kouhei Aidzu, Cedric Tassel, Serge Paofai, Dipkikanta Swain, Clemens Ritter, Clemens, and Hiroshi Kageyama
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 0
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Crystal structure analysis and vidence of mixed anion coordination at the Ce3+ site in Y Al (Al,Si) (O,N) oxynitride garnet phosphor2019
Author(s)
Kazuki Asami, Masahiro Shiraiwa, Jumpei Ueda, Kotaro Fujii, Kenta Hongo, Ryo Maezono, Mikhail G. Brik, Masatomo Yashima, Setsuhisa Tanabe
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry C
Volume: 7
Pages: 1330-1336
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[Journal Article] High pressure synthesis of A2NiO2Ag2Se2 (A = Sr, Ba) with a high spin Ni2+ in square planar coordination2019
Author(s)
Yuki Matsumoto, Takafumi Yamamoto, Kousuke Nakano, Hiroshi Takatsu, Taito Murakami, Kenta Hongo, Ryo Maezono, Hiraku Ogino, Song Donjgoon, Craig M Brown, Cedric Tassel, Hiroshi Kageyama
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Journal Title
Angewandte Chemie
Volume: 58
Pages: 756-759
DOI
Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Selective Hydride Occupation in BaVO3-xHx (0.3 - x - 0.8) with Face- and Corner-shared Octahedra2019
Author(s)
T. Yamamoto, K. Shitara, S. Kitagawa, A. Kuwabara, M. Kuroe, Ishida, K.; Ochi, M.; Kuroki, K.; Fujii, K.;Yashima, M.; Brown, C. M.; Takatsu, H.; Tassel, C.; *Kageyama, H.
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Strong Hybridization between Bi-6s and O-2p Orbitals in Sill?n?Aurivillius Perovskite Bi4MO8X (M = Nb, Ta; X = Cl, Br), Visible Light Photocatalysts Enabling Stable Water Oxidation2019
Author(s)
Hironobu Kunioku, Masanobu Higashi, Osamu Tomita, Masayoshi Yabuuchi, Daichi Kato, Hironori Fujito, Hiroshi Kageyama*, and Ryu Abe*
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Journal Title
J. Mater. Chem. A
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Undoped Layered Perovskite Oxynitride Li2LaTa2O6N for Photocatalytic CO2Reduction with Visible Light2019
Author(s)
T. Oshima, T. Ichibha, K.S. Qin, K. Muraoka, J.J.M. Vequizo, K. Hibino, R. Kuriki, Shunsuke Yamashita, Kenta Hongo, Tomoki Uchiyama, Kotaro Fujii, D. Lu, R. Maezono, A. Yamakata, H. Kato, K. Kimoto, M. Yashima, Y. Uchimoto, M. Kakihana, O. Ishitani, H. Kageyama, K. Maeda
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A Fluorine-rich Perovskite Oxyfluoride AgFeOF22018
Author(s)
Fumitaka Takeiri, Takafumi Yamamoto, Naoaki Hayashi, Saburo Hosokawa, Kazunari Arai, Jun Kikkawa, Kazutaka Ikeda, Takashi Honda, Toshiya Otomo, C?dric Tassel, Koji Kimoto, and Hiroshi Kageyama
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 57
Pages: 6686-6691
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] AgFeOF2: A Fluorine-Rich Perovskite Oxyfluoride2018
Author(s)
F. Takeiri, T. Yamamoto, N. Hayashi, S. Hosokawa, K. Arai, J. Kikkawa, K. Ikeda, T. Honda, T. Otomo, C. Tassel. K. Kimoto, *H. Kageyama
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Journal Title
Inrog. chem.
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effect of non-magnetic rare earth substitution for Zr on mixed anion Zr(P, Se)2 superconductors2018
Author(s)
K Iwakiri, T Nishio, K Kawashima, S Ishida, K Oka, H Fujihisa, Y Gotoh, A Iyo, H Ogino, H Eisaki, Y Yoshida and H Kit?
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 1054
Pages: 12002
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Metal-dependent Support Effects of Oxyhydride-supported Ru, Fe, Co Catalysts for Ammonia Synthesis2018
Author(s)
Ya Tang, Yoji Kobayashi, Naoya Masuda, Yoshinori Uchida, Hiroki Okamoto, Toki Kageyama, Saburo Hosokawa, Fran?ois Loyer, Kei Mitsuhara, Keisuke?Yamanaka, Yusuke Tamenori, C?dric Tassel, Takafumi Yamamoto, Tsunehiro Tanaka, and Hiroshi Kageyama
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Journal Title
Adv. Energy Mater
Volume: 8
Pages: 1801772
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] New Mechanism for Ferroelectricity in the Perovskite Ca2?xMnxTi2O6 Synthesized by Spark Plasma Sintering2018
Author(s)
Zongyao Li, Yujin Cho, Xiang Li, Xinyu Li, Akihisa Aimi, Yoshiyuki Inaguma, Jose A. Alonso, Maria T. Fernandez-Diaz, Jiaqiang Yan, Michael C. Downer, Graeme Henkelman, John B. Goodenough, and Jianshi Zhou
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 140
Pages: 2214-2220
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Preparation of Stable Silver Nanoparticles having Wide Red-to-Near Infrared Extinction2018
Author(s)
S. Kawamura, K. Matsubara, S. Sakai, K. Sasaki, M. Saito, K. Saito, M. Yagi, W. Norimatsu, R. Sasai, M. Kusunoki, M. Eguchi, S. Yin, Y. Asakura, T.Yui*
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Journal Title
Global Challenges
Volume: 2
Pages: 1700105(8pages)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Single Crystal growth of mixed anion Zr(P, Se)2 superconductor and related materials2018
Author(s)
H Kit?, K Iwakiri, T Nishio, K Kawashima, S Ishida, K Oka, H Fujihisa, Y Gotoh, A Iyo, H Ogino, H Eisaki1 and Y Yoshida
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 1054
Pages: 12003
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Single Crystal Growth of Sillen-Aurivillius Perovskite Oxyhalides Bi4NbO8X (X = Cl, Br)2018
Author(s)
Chengchao Zhong, Daichi Kato, Fumitaka Takeiri, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Yasuhiro Fujii, Emily Nishiwaki, Akitoshi Koreeda, C?dric Tassel, Ryu Abe, and Hiroshi Kageyama
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Journal Title
Inorganics
Volume: 6
Pages: 41
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Synthesis and Physical Properties of Layered Copper Oxytellurides Sr2TMCu2Te2O2 (TM = Mn, Co, Zn)2018
Author(s)
Dongjoon Song, Gabin Gu?lou, Takao Mori, Masayuki Ochi, Kazuhiko Kuroki, Hiroshi Fujihisa, Yoshito Gotoh, Yuki Iwasa, Hiroshi Eisaki, Hiraku Ogino
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry C
Volume: 6
Pages: 12260
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Synthesis, Crystal Structure, and Optical Properties of Layered Perovskite Scandium Oxychlorides: Sr2ScO3Cl, Sr3Sc2O5Cl2, Ba3Sc2O5Cl22018
Author(s)
Yu Su, *Yoshihiro Tsujimoto, Kotaro Fujii, Makoto Tatsuta, Kengo Oka, Masatomo Yashima, *Hiraku Ogino, Kazunari Yamaura
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Journal Title
Inorganic Chemistry
Volume: 57
Pages: 5615-5623
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Electron Microscopy Observation of SrTiO3 Nanocrystals Synthesized via Hhydrothermal Method2018
Author(s)
K. Nakashima R. Yamazaki, Y. Kobayashi, T. Ishigaki, K.Ohoyama, Y. Yoneda, Y.Ishikawa,T. Sekino,S. Yin, M. Kakihana, M. Higashi, R.Abe
Organizer
The 6th International Solvothermal and Hydrothermal Association Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] SrTiO3水分解光触媒粒子の微構造解析2018
Author(s)
中島光一, 山﨑玲奈, 小林芳男, 石垣徹, 大山研司, 米田安宏, 石川喜久, 関野徹, 殷シュウ, 垣花眞人, 東正信, 阿部竜
Organizer
日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム(2018),
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