2017 Fiscal Year Research-status Report
希土類化合物の化学結合のエネルギー表現と水素貯蔵材料設計への応用
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16K06711
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
森永 正彦 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, 特任 フェロー (50126950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10397466)
鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30152846)
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
本間 智之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50452082)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 希土類化合物 / 水素貯蔵材料 / 量子材料設計 / 原子化エネルギー / 電子構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な化学結合をもつ各種希土類化合物(酸化物、ホウ化物ほか)の化学結合を、「原子化エネルギー」を用いて統一的に表現し、希土類元素と化学結合する各種非金属元素の個性を抽出する。その計算結果を基に、「非金属元素からの量子材料設計の基盤」を初めて構築し、非金属元素側から見た新しい材料設計の道を拓く。さらに、それを現在の懸案課題である「自動車用水素貯蔵化合物」の開発に応用する。既存の金属系水素貯蔵材料には使われていない非金属元素を利用して、「非金属元素を含む3成分マグネシウム化合物」を探索することを目指している。
平成2９年度において、以下の結果を得た。
種々の希土類化合物の中でも特に酸化物に注目して、希土類酸化物の電子構造および原子化エネルギーの計算を行った。そして希土類酸化物の計算結果と遷移金属酸化物のそれとを比較し、希土類元素特有の新しい化学結合の成り立ちについて考察した。
さらに、非金属元素を含む3成分マグネシウム化合物の作製と組織解析を行った。すなわち、構成金属元素および非金属元素の融点が大きく異なるため、作製が難しい3成分マグネシウム化合物を、ボールミル法や高圧ねじり加工法を用いて作製した。そして、Ｘ線回折、電子顕微鏡観察、水素吸蔵実験などを系統的に行い、新規な水素貯蔵化合物の探索のために重要な組織・構造解析を系統的に行った。特に、マグネシウム水素化物の形成に及ぼす酸素不純物の影響について検討した。
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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
希土類化合物の化学結合の成り立ちを、非金属元素側（特に酸化物イオン側）から調べている。希土類元素を含む化合物の原子化エネルギーの計算は、長時間を要する計算である。しかし、従来の全エネルギー計算のみの解析では分からない新しい化学結合に関する情報が得られるので、原子化エネルギーの計算を一歩一歩、着実に進めている。
また、昨年に引き続き、非金属元素を含む希土類―マグネシウム系の水素貯蔵化合物の開発の可能性を探求するために、Ｘ線回折や透過型電子顕微鏡を用いてマグネシウム水素化物の生成傾向を調べている。この外、酸素不純物の影響も検討している。
このように、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度も、昨年度に引き続き、主要研究項目である「各種希土類化合物の電子構造の計算と原子化エネルギーの決定」に関する研究を積極的に進める。希土類元素を含む化合物の原子化エネルギー計算は長時間の計算であるため、この研究は現在、若干遅れているので、今後、研究を加速させていきたい。併せて、「非金属元素から見た機能材料の量子設計基盤の構築」の研究も推進する。さらに、「非金属元素を含む新規マグネシウム系水素貯蔵化合物の探索」を、実験と計算を組み合わせて進める。そして、これらの一連の結果を基に、原子化エネルギーから見た希土類化合物の機能材料設計の新分野を開拓することを目指す。
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| Causes of Carryover |
（理由）水素貯蔵化合物の水素吸蔵実験などに用いる消耗品の多くを、これまでの研究室の在庫や他予算で賄うことができたため。また、当初予定していた計算機やモニターなどの計算のための物品の購入を次年度に行うことにしたため。
（使用計画）上記の次年度使用額（約584千円）と本年度分の当初の助成金（1.200千円）の計1,784千円の使用内訳は、物品費（約1,234千円）、旅費（約300千円）、研究成果投稿料（約150千円）その他（約100千円）である。
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