ナトリウムフラックス法によるアルカリ土類金属を含む新規多元系窒化物の探索

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420701
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山根 久典 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20191364)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 窒化物 / 酸窒化物 / 結晶構造 / 単結晶 / ナトリウムフラックス

Research Abstract

アルカリ土類金属を含む新規多元系窒化物の探索として、本年度はNaフラックス法によりBa-Ga-Si-N系の4元系で合成される化合物を検討した。その結果、新規化合物Ba4GaN3Oが見い出され、その結晶構造を明らかにすことができた。
原料としてBa、Ga、およびNaの金属片とSiとNaN3の粉末を用い、これらをArガス雰囲気のグローブボックス内で所定量秤量し、BNルツボに入れた。これをステンレス鋼製（SUS)管に封入し、電気炉で750℃まで6℃min-1で昇温後、550℃まで2.8℃h-1で冷却した。グローブボックス内でSUS管を開封し、ルツボ内のNaを液体アンモニア中に溶解して除去した。得られた試料中には、Ba3Ca2N4の黄色単結晶が主相として存在し、0.1～0.2mmの暗赤色板状の単結晶が第2相として得られた。走査型電子顕微鏡に装置したエネルギー分散型X線分光分析装置を用いて半定量の元素分析を行った結果、この暗赤色単結晶中にはBaとGaが存在し、原料に加えたSiは含まれていないことが示された。グローブボックス中で生成物から単結晶を拾い出し、ガラスキャピラリーにArガスとともに封入後、X線回折実験を行った。測定された回折線は斜方晶系a=0.78130(3)nm, b=2.56453(10)nm, c=0.79162(4) nmで指数付けされ、消滅則から空間群がPbcaであることが示された。
結晶構造解析の結果、単結晶はBa-Ga－N-O系でこれまでに報告がない化合物のBa4GaN3Oで、その構造はMallinson et al., (2006)が報告したSr4GaN3Oと同型であることが明らかになった。GaがN原子により平面3配位された[GaN3]の窒化物基の周りをBa原子が取り囲んだ[Ba4GaN3]の厚板層がa-c面内に形成され、その層間にO原子層が挟まっている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規物質探索の結果、Ba4GaN3Oが合成され、論文作成と学会発表準備を行っている。また、Ba-Si-B-N系の新規物質も得られており、現在、結晶構造解析を進めている。さらに、Ba-La-Si-N系で新規窒化物に必要な前駆体の合成に取り組んでいる。これらの状況から、概ね順調に新規物質探索に関する研究が進んでいると思われる。

Strategy for Future Research Activity

Ba-Si-B-N系において発見された新規物質の結晶構造を明らかにするとともに、研究目的に挙げた異種アルカリ土類金属元素や遷移金属元素、希土類元素の組み合わせにケイ素などの典型元素を加えた系について、Naフラックス法による新規窒化物の合成を展開する予定である。