2016 Fiscal Year Annual Research Report
複合アニオン化合物の理解:化学・構造・電子状態解析
| Project Area | Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities |
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16H06440
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
林 克郎 九州大学, 工学研究院, 教授 (90397034)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八島 正知 東京工業大学, 理学院, 教授 (00239740)
木本 浩司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (90354399)
吉田 朋子 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (90283415)
桑原 彰秀 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主任研究員 (30378799)
稲田 幹 九州大学, 中央分析センター, 准教授 (40624979)
野田 泰斗 京都大学, 理学研究科, 助教 (00631384)
山本 隆文 京都大学, 工学研究科, 助教 (80650639)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 複合アニオン / 回折法 / 電子顕微鏡 / Ｘ線吸収分光 / 核磁気共鳴 / 理論計算 / 高圧合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複合アニオン化合物の評価は、従来の研究様式が通用せず、評価・解析手法が全く確立していない。このような状況を打破して、複合アニオン化合物の構造・状態評価に的確に対応できる研究体制を構築することを全体目標としている。本年度7月より開始し、複合アニオン系に随伴する評価にかかわる課題の洗い出しと、その解決のための複数の研究グループ間の構造・状態の評価研究体制を構築に努めた。
対象とする物質系や機能として、種々の系の検討を行った。結晶などの構造からは、酸窒化物系や酸水素化物系のペロブスカイト系の化合物、ポリアニオン化合物、複合ハライド塩、アニオン包接化合物、二次元層状化合物などを取り上げ、新規物質系の発見にも多数至っている。プロセスとして領域の合成設備を活用した高圧合成や、領域内での知見交換で得られる固相還元法を用いている。また出口となる機能として、蛍光材料、酸化物やLi,Na系のイオン伝導材料、可視光応答光触媒材料、イオン電池電極材料を想定している。
評価体制として、詳細な結晶構造解析を実施するための微小単結晶X線回折装置を立ち上げた。また脱ガス分析計測系を導入した。走査透過電子顕微鏡法の一種である高分解能電子顕微鏡の環状暗視野法による構造解析を開始した。大気に暴露できない物質の固体高分解能核磁気共鳴法(NMR)の測定を可能にする装置を開発した。NMRでは、Liイオン伝導や水素化物イオン配置の解析などへも展開した。高圧下での相転移挙動の計測を確立した。また第一原理計算によって、複合アニオン系を対象とした安定配置の網羅的探索法による解明、熱力学的安定性の評価、電極活物質の電極電位の評価に展開した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
領域全体で、種々のペロブスカイト系酸化物に水素化物イオンを導入して、その構造や安定性、およびNMRシグナルを系統的に調査することで、NMRによるより一般化された水素化物イオンの決定、アニオンの配置に関する研究を進めている。高圧合成法により新物質系を得ている。評価の面では、水素化物イオンの合成と共に安定配置や電子状態に及ぼす影響を理論計算によって評価を行っている。また絶縁性ホストに水素化物イオンを導入することで光誘起電子伝導性を見出し、理論計算からの評価を進めている。共同実験の実施のほか、理論計算手法を領域の国内留学制度を利用した強化普及を進めている。
光触媒材料系では、新酸窒化物系材料の結晶構造を明らかにしている。またＸ線吸収分光法によりにより光触媒材料の活性の起源となる状態のアニオンの特定に成功している。シート状化合物の高分解能電子顕微鏡法による評価では、単層領域でのドーパント元素の特定に目途をつけている。蛍光材料の単結晶構造解析を進めている。そのほか、アニオン包接材料や新規アンチモン系材料のほか、種々の材料系で合成された材料の複合的解析を開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度より加わる公募班との共同研究を実施することで有機的連携を推進する。計算材料科学の若手人材（実験を主体とする研究者を含む）の育成のために、定期的な若手国内留学を活発化させる。Ｘ線吸収分光ほか、高空間分解能を備えた各種分光手法の構築にも重点をおいた研究を展開する。また研究機関での分析センター等友好的な活用体制を構築する。
回折法では、微小単結晶X線回折装置を用いて、様々な複合アニオン材料の結晶構造解析を実施してゆく。また、複合アニオン材料の多結晶体についても、放射光X線回折や中性子回折実験、高圧化でのその場測定によって、結晶構造の精密化を、若手海外派遣制度も活用し高頻度で実施してゆく。そのほかの構造状態解析法としては、単一原子レベルのドーパントの元素識別や軽元素（F, H, O）の解析を行うため、環状暗視野像の定量解析、電子エネルギー損失分光法を用いた詳細な分析を行う。NMRの協同利用枠を拡充し、高度NMR設備により四極子核やH, F核をプローブにして観測し、上記手法と連携して局所構造決定に展開する。
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[Journal Article] ZnTaO2N: Stabilized High-Temperature LiNbO3-type Structure2016
Author(s)
Kuno, Y.; Tassel, C.; Fujita, K.; Batuk, D.; Abakumov, A. M.; Shitara, K.; Kuwabara, A.; Moriwake, H.; Watabe, D.; Ritter, C.; Brown, C. M.; Yamamoto, T.; Takeiri, F.; Abe, R.; Kobayashi, Y.; Tanaka, K.; Kageyama, H.
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 138
Pages: 15950-15955
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Selective and low temperature transition metal intercalation in layered tellurides2016
Author(s)
Yajima, T.; Koshiko, M.; Zhang, Y.; Oguchi, T.; Yu, W.; Kato, D.; Kobayashi, Y.; Orikasa, Y.; Yamamoto, T.; Uchimoto, Y.; Green, M. A.; Kageyama, H.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 7
Pages: xxx-xxx
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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