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2014 Fiscal Year Annual Research Report

d10金属酸化物新イオン伝導体の構造デザイン

Research Project

Project/Area Number 24246107
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

八島 正知  東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00239740)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石原 達己  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80184555)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsイオン伝導体
Outline of Annual Research Achievements

新しい構造ファミリーに属する新規酸化物イオン伝導体を発見すれば、酸化物イオン伝導体の応用の革新的発展へ向けた新しい扉を開けると期待される。また、酸化物イオン伝導経路を調べて伝導機構を明らかにすることはイオン伝導体の開発に役立つ。本研究課題では新しい層状ペロブスカイト関連構造をデザインするために、d10元素Bを含むAA'BO4の様々な化学組成を調べた。AA'BO4のAとA'は大きな陽イオンであり、Bは小さな陽イオンである。この研究で多くの化学組成を調べた結果、酸化物イオン伝導性材料の新しい構造ファミリーであるNdBaInO4を発見した。合成したNdBaInO4試料は、新しい結晶構造を持つ単斜単相(空間群はP21/c)であり、イオン伝導性を示すことを見出してChem.Meter.に速報で報告した。また、NdBaInO4の酸化物イオンの拡散経路を結合原子価法により可視化した。酸化物イオンはA-O(Nd-O)ユニット内を二次元に移動することがわかった。さらにSrをNd席に10 mol%添加することによりイオン伝導度が30倍向上することを見出してJ.Mater.Chem.Aに報告した。また、様々な関連物質を合成、電気伝導度を測定し、関連物質を広く網羅する物質構造特許(米国、韓国、日本)を出願し、取得した。このように、本課題では、d10金属酸化物新イオン伝導体の構造デザインに成功し、23組成もの新物質の合成を成し遂げた。また、d10元素Bを含む様々な化学組成のAA'BO4を合成して、結晶構造の温度依存性および電子密度解析を行い、熱膨張の異方性の構造的要因を原子・電子レベルで明らかにし、Inorg.Chem.などの国際学術誌3報で報告した。関連した研究では、PrBaCo2O5+δやセリア関連化合物の結晶構造を幅広く研究し、イオン拡散経路を明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Remarks

本成果に関連した研究室メンバーの受賞6件

  • Research Products

    (52 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (28 results) (of which Invited: 7 results) Book (5 results) Remarks (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Structural Origin of the Anisotropic and Isotropic Thermal Expansion of K2NiF4-Type LaSrAlO4 and Sr2TiO42015

    • Author(s)
      K. Kawamura, M. Yashima, K. Fujii, K. Omoto, K. Hibino, S. Yamada, J.R. Hester, M. Avdeev, P. Miao, S. Torii, T. Kamiyama
    • Journal Title

      Inorg. Chem.

      Volume: 54 Pages: 3896-3904

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.5b00102

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Improved oxide-ion conductivity of NdBaInO4 by Sr doping2015

    • Author(s)
      K. Fujii, M. Shiraiwa, Y. Esaki, M. Yashima, S. J. Kim and S. Lee
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A

      Volume: 3 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1039/C5TA01336D

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Invited Review: Some recent developments in the atomic-scale characterization of structural and transport properties of ceria-based catalysts and ionic conductors2015

    • Author(s)
      M. Yashima
    • Journal Title

      Catal. Today

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2015.03.034

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 新しい層状構造を有する酸化物イオン伝導体の発見2015

    • Author(s)
      八島正知、藤井孝太郎
    • Journal Title

      パリティ

      Volume: 30 Pages: 19-21

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 中性子とX線回折法を含む多面的アプローチによるセラミック材料の結晶構造,電子密度分布とイオン拡散経路の研究2015

    • Author(s)
      八島正知
    • Journal Title

      結晶学会誌

      Volume: 57 Pages: 13-19

    • DOI

      doi.org/10.5940/jcrsj.57.13

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] クリスタリット:イオン拡散経路2015

    • Author(s)
      八島正知
    • Journal Title

      日本結晶学会誌

      Volume: 57 Pages: 72

    • DOI

      doi.org/10.5940/jcrsj.57.72

  • [Journal Article] クリスタリット:結合原子価法2015

    • Author(s)
      八島正知
    • Journal Title

      日本結晶学会誌

      Volume: 57 Pages: 72

    • DOI

      doi.org/10.5940/jcrsj.57.72

  • [Journal Article] クリスタリット:中性子散乱長密度分布2015

    • Author(s)
      八島正知
    • Journal Title

      日本結晶学会誌

      Volume: 57 Pages: 73

    • DOI

      doi.org/10.5940/jcrsj.57.72

  • [Journal Article] 酸化物イオン伝導体の新構造ファミリーNdBaInO4を発見2014

    • Author(s)
      藤井孝太郎、八島正知
    • Journal Title

      パリティ

      Volume: 29 Pages: 35-37

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 結合原子価法と高温中性子回折によるセリア-ジルコニアナノ試料の酸化物イオン拡散経路および水酸アパタイトのプロトン拡散経路の研究2014

    • Author(s)
      八島正知
    • Journal Title

      合金状態図第172委員会研究報告書

      Volume: 14,No.1 Pages: 69-74

  • [Journal Article] 新構造ファミリーの酸化物イオン伝導性材料を発見2014

    • Author(s)
      藤井孝太郎、八島正知
    • Journal Title

      セラミックス

      Volume: 49 Pages: 615

  • [Journal Article] 酸化物イオン伝導性を示す新しい構造ファミリーNdBaInO4の発見2014

    • Author(s)
      八島正知、藤井孝太郎、江崎勇一、白岩大裕、尾本和樹
    • Journal Title

      合金状態図第172委員会研究報告書

      Volume: 14,No.2 Pages: 46-47

  • [Presentation] K2NiF4 型酸化物の異方性熱膨張の構造的要因(1) LaSrAlO4 の異方性熱膨張とSr2TiO4 の等方性熱膨張の要因2015

    • Author(s)
      八島正知、川村圭司、藤井孝太郎、尾本和樹、日比野圭佑、山田駿太郎、James R. Hester、Maxim Avdeev、Ping Miao、鳥居 周輝、神山 崇
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会(トピックス講演)
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 第1回構造科学と新物質探索研究会 「アパタイト型酸化物の結晶構造と酸化物イオン伝導とその機構: -現状、問題点と展望-2015

    • Author(s)
      八島正知、藤井 孝太郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • Invited
  • [Presentation] K2NiF4; 型酸化物の異方性熱膨張の構造的要因(2): AA′B O4 (A=希土類; A′= Ca, Sr; B=Al, Ga, Ti0.5Mg0.5,Mn0.5Mg0.5) と A2BO4(A=Sr; B=Ti, Sn,In0.5Nb0.5)2015

    • Author(s)
      川村 圭司、藤井 孝太郎、八島 正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会(トピックス講演)
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] Sr ドープによるNdBaInO4の酸化物イオン伝導度の向上2015

    • Author(s)
      藤井孝太郎、白岩大裕、江崎勇一、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 新規酸化物イオン伝導体SrYbInO4 の発見2015

    • Author(s)
      藤本絢香、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 新規酸化物イオン伝導体BaY0.913In0.989O3.806の結晶構造と電気的特性2015

    • Author(s)
      齋藤千紘、藤井孝太郎、白岩大裕、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 新酸化物イオン伝導体LaBa2Ga11O20の合成と結晶構造解析2015

    • Author(s)
      山田駿太郎、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] K2NiF4型酸化物の異方性熱膨張の構造的要因2015

    • Author(s)
      川村圭司、八島正知、藤井孝太郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 新規酸化物イオン伝導体SrYbInO4; の結晶構造解析と電気的性質2015

    • Author(s)
      藤本絢香、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 新規酸化物イオン伝導体LaBa2Ga11O20の結晶構造とイオン伝導2015

    • Author(s)
      山田駿太郎、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2015年年会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] Nd0.9Ba1.1InO3.95の結晶構造と酸化物イオン伝導2015

    • Author(s)
      白岩裕大、江崎勇一、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      第3回物構研サイエンスフェスタ
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(エポカルつくば)
    • Year and Date
      2015-03-17 – 2015-03-18
  • [Presentation] 高温放射光X線と中性子粉末回折によるβ及びγSrGa2O4の結晶構造解析2015

    • Author(s)
      斎藤圭汰、山田駿太郎、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      第3回物構研サイエンスフェスタ
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(エポカルつくば)
    • Year and Date
      2015-03-17 – 2015-03-18
  • [Presentation] クリーンエネルギーのためのセラミック材料の結晶構造解析とデザイン2015

    • Author(s)
      八島正知、藤井孝太郎
    • Organizer
      日本ファインセラミックス協会(JFCA) テクノフェスタ
    • Place of Presentation
      メルパルク東京
    • Year and Date
      2015-01-26 – 2015-01-26
    • Invited
  • [Presentation] 新しい構造ファミリーを持つイオン伝導性NdBaInO4 の発見2014

    • Author(s)
      八島正知、藤井孝太郎、江崎勇一、白岩大裕、尾本和樹
    • Organizer
      第40 回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学蔵前会館
    • Year and Date
      2014-11-16 – 2014-11-18
  • [Presentation] 新規ペロブスカイト関連構造化合物NdBaInO4 系化合物における酸化物イオン伝導特性の検討2014

    • Author(s)
      閻宇、酒井孝明、伊田進太郎、八島正知、石原達己
    • Organizer
      第40 回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学蔵前会館
    • Year and Date
      2014-11-16 – 2014-11-18
  • [Presentation] K2NiF4型酸化物LaSrAlO4 の結晶構造解析、異方性熱膨張と電子密度解析2014

    • Author(s)
      川村圭司、藤井孝太郎、八島正知、James R. Hester
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] 新規ペロブスカイト関連構造を有するYBaInO4 の結晶構造及び電気的性質2014

    • Author(s)
      齋藤千紘、藤井孝太郎、八島正知、石垣徹
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] 新規混合伝導体Sr0.1Nd0.9BaInO3.95 の結晶構造と電気的特性2014

    • Author(s)
      白岩大裕、江崎勇一、藤井孝太郎、八島正知、Su Jae Kim、Seongsu Lee
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] SrGa2O4 の高温における結晶構造2014

    • Author(s)
      齋藤圭汰、山田駿太郎、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] 新規物質YbSrInO4 の合成と結晶構造解析2014

    • Author(s)
      藤本絢香、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] 新酸化物イオン伝導体LaBa2Ga11O20の合成と結晶構造解析2014

    • Author(s)
      山田駿太郎、藤井孝太郎、八島正知
    • Organizer
      日本結晶学会平成26年度年会および総会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷キャンパス弥生地区)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [Presentation] 結晶学で切り拓く物質科学2014

    • Author(s)
      藤井孝太郎、植草秀裕、八島正知
    • Organizer
      2014年度結晶学若手の会
    • Place of Presentation
      東京大学農学部・弥生講堂アネックス
    • Year and Date
      2014-10-31 – 2014-10-31
    • Invited
  • [Presentation] Precise Structure Analysis of Ceramic Materials by Neutron Powder Diffraction2014

    • Author(s)
      M. Yashima , K. Fujii
    • Organizer
      2014KIM-JIM symposium
    • Place of Presentation
      KANGWON LAND CONVENTION HOTEL, Korea
    • Year and Date
      2014-10-23 – 2014-10-23
    • Invited
  • [Presentation] 新規構造型を有するAA'BO4型酸化物イオン伝導性材料の結晶構造と電気伝導性2014

    • Author(s)
      藤井孝太郎、江崎勇一、齋藤千紘、八島正知、尾本和樹
    • Organizer
      日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      鹿児島大学(郡元キャンパス)
    • Year and Date
      2014-09-09 – 2014-09-11
  • [Presentation] Crystal Structure, Electronic Structure, Oxygen Diffusion, Phase Transformation, and Phase Diagram of Ceria-Zirconia and Ceria-Based Materials2014

    • Author(s)
      M. Yashima
    • Organizer
      Fundamentals and Applications of Cerium Dioxide in Catalysis
    • Place of Presentation
      Udine, Italy
    • Year and Date
      2014-07-11 – 2014-07-14
    • Invited
  • [Presentation] 結合原子価法と高温中性子回折によるセリア-ジルコニアナノ試料の酸化物イオン拡散経路および水酸アパタイトのプロトン拡散経路の研究2014

    • Author(s)
      八島正知
    • Organizer
      合金状態図第172委員会第27回研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-05-22 – 2014-05-22
  • [Presentation] Precise Crystal-Structure Analysis of Ceramic Materials2014

    • Author(s)
      M. Yashima,K.Fujii
    • Organizer
      Seminar of the School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing, China
    • Place of Presentation
      Tsinghua University, Beijing, China
    • Year and Date
      2014-04-29 – 2014-04-29
    • Invited
  • [Presentation] Advanced Nano Science: Ceramic Materials Science: Crystal Structure and Properties2014

    • Author(s)
      M. Yashima
    • Organizer
      Seminar of the School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing, China
    • Place of Presentation
      Tsinghua University, Beijing, China
    • Year and Date
      2014-04-24 – 2014-04-28
    • Invited
  • [Book] NSL News Letter2014

    • Author(s)
      八島正知、藤井孝太郎、尾本和樹、史宇飛、兼子直人、原武大樹、上田孝志朗、江崎勇一、日比野圭佑、山田駿太郎
    • Total Pages
      139(12-18)
    • Publisher
      東京大学物性研究所附属中性子化学研究施設
  • [Book] NSL News Letter2014

    • Author(s)
      上田孝志朗、尾本和樹、藤井孝太郎、八島正知、石垣徹、Su Jae Kim, Seongsu Lee
    • Total Pages
      139(123)
    • Publisher
      東京大学物性研究所附属中性子化学研究施設
  • [Book] NSL News Letter2014

    • Author(s)
      江崎勇一、藤井孝太郎、尾本和樹、八島正知、石垣徹、星川晃範、James R. Hester
    • Total Pages
      139(124)
    • Publisher
      東京大学物性研究所附属中性子化学研究施設
  • [Book] New Research Trends of Fluorite-Based Oxide Materials: From Basic Chemistry and Materials Science to Engineering Applications2014

    • Author(s)
      M. Yashima
    • Total Pages
      315(59-78)
    • Publisher
      Nova Science Publisher (New York)
  • [Book] 日本の結晶学(Ⅱ)2014

    • Author(s)
      八島正知
    • Total Pages
      485(140-141)
    • Publisher
      日本結晶学会
  • [Remarks] 新構造の酸化物イオン伝導体を発見 中性子と放射光で構造決定・イオンの流れを可視化

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/news/2014/027583.html

  • [Remarks] セラミック材料の熱膨張の要因を原子スケールで解明

    • URL

      http://www.cms.titech.ac.jp/~yashima/pages/press/press201503.pdf

  • [Remarks] 新構造の酸化物イオン伝導体を発見 中性子と放射光で構造決定・イオンの流れを可視化

    • URL

      https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20140507143000/

  • [Remarks] Discovery of a New Crystal Structure Family of ...

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/english/news/2014/027680.html

  • [Remarks] A New Crystal Structure Family of ...

    • URL

      http://www.ansto.gov.au/ResearchHub/Bragg/CurrentResearch/ScientificHighlights/Crystalstructures/ACS051793

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 結晶性無機化合物2014

    • Inventor(s)
      八島正知、藤井孝太郎、尾本和樹、上田孝志朗、山田駿太郎、白岩大裕
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東京工業大学、第一稀元素化学工業株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-172914
    • Filing Date
      2014-08-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ペロブスカイト関連化合物2014

    • Inventor(s)
      八島正知、藤井孝太郎、尾本和樹、江崎勇一、齋藤千紘
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東京工業大学、第一稀元素化学工業株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      US2015/0060743A1
    • Filing Date
      2014-07-09
    • Acquisition Date
      2015-03-05
    • Overseas

URL: 

Published: 2016-06-03  

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