2021 Fiscal Year Annual Research Report

精密な時分割PDF解析と3次元構造構築に基づく硫化物ガラスの液相合成機構の解明

Research Project

Project/Area Number	19K05025
Research Institution	Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Principal Investigator	尾原幸治公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00625486)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	時分割PDF解析 / 硫化物ガラス / 液相合成観察
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、新しい分光技術により得られる超高強度X線（ピンクビームと呼ばれる）を非晶質材料のPDF解析へ適用し、秒オーダーで十分な統計精度の時分割PDFデータ取得を可能とする技術確立と、その技術を全固体電池用硫化物固体電解質の液相合成プロセス観察へ適用し、その機構を解明することを目的とした。ピンクビームと２次元検出器を併用することで、石英ガラスのPDF解析は数ミリ秒で得られることを実証した。しかしながら、硫化物ガラスは準安定相であるため、ピンクビームを照射すると照射部分で結晶化が起こる問題が発生した。そこで、SPring-8の従来の高強度X線を用いた時分割PDF解析によって、硫化物ガラスの液相合成過程の直接観察を試みた。10秒毎のデータ取得にて異なる溶媒における合成反応を確認し、溶液中の錯体構造の安定性と固体電解質生成速度の相関性を明らかにした。液相合成において、硫化物ガラスはアセトニトリル、テトラヒドロフラン、酢酸エチルの順で、イオン伝導率が高くなる。PDF解析により硫化物ガラス特有の2.0 Aに存在するピークの形成について時間依存性を評価したところ、イオン伝導率が高いものほど硫化物ガラスも早い段階で形成される傾向にあった。当該内容は、Physica Status SolidiB: Basic Solid State Physics誌（2020, Vol. 257, 2070041 ）にて掲載された。さらに、同誌のInside Front Cover Pictureにも選定された。また液相合成過程における３次元構造モデル構築も検討し、機械学習を組み合わせたRMCにより属人性のない３次元ガラス構造モデル構築が可能となった。しかし、精密な時分割PDFデータだけでは反応過程の再現は難しく、他の手法（たとえばラマン分光）によるPSxアニオンの定量評価の組合せも必要となった。