Development of new mixed-anion compounds: synthesis and establishment of design rules
| Project Area | Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities |
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| Project/Area Number | 16H06439 |
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
荻野 拓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70359545)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲熊 宜之 学習院大学, 理学部, 教授 (00240755)
殷 しゅう 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40271994)
陰山 洋 京都大学, 工学研究科, 教授 (40302640)
垣花 眞人 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50233664)
本郷 研太 北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)
鱒渕 友治 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80466440)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted(Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥304,330,000 (Direct Cost : ¥234,100,000、Indirect Cost : ¥70,230,000)
Fiscal Year 2018 : ¥69,680,000 (Direct Cost : ¥53,600,000、Indirect Cost : ¥16,080,000)
Fiscal Year 2017 : ¥66,690,000 (Direct Cost : ¥51,300,000、Indirect Cost : ¥15,390,000)
Fiscal Year 2016 : ¥69,160,000 (Direct Cost : ¥53,200,000、Indirect Cost : ¥15,960,000)
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| Keywords | 複合アニオン化合物 / 結晶工学 / 結晶成長 / 計算物理 / セラミックス / 高圧合成 / トポケミカル反応 / ソルボサーマル反応 / 電子状態計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、様々な実験手法を駆使し、アニオンの組成・局所構造・秩序度などを制御した斬新な複合アニオン化合物の創出を目指した。各グループの成果概要は以下の通りである。層状の複合アニオン化合物に対し、固体化学的な観点に着目して物質探索を行った結果、酸ハロゲン化物を中心に多数の新物質を発見した。これらの化合物は蛍光、熱電、超伝導などの特性を持つことが分かった。（荻野）高圧合成法を中心に複合アニオン物質探索を行った結果、強誘電転移の謎の解明に迫る酸窒化物、新しい遷移金属酸水素化物の合成と部分シス秩序のほか、層状リンテルル化物において配位選択性の重金属吸収をする物質などを発見した。（陰山）特に新規酸化フッ化物の合成に取り組み、高圧・高温下での合成を行った。また、新規合成プロセスの開拓を目指してフッ化物を原料として酸素を導入する合成に着手した。（稲熊）新規複合アニオンの探索およびその機能開拓、複合無機化学的手法による前駆体の合成を実施した。BaYSi2O5Nで表される新規化合物を見出し、これが蛍光体の母体として機能することを見出した。また種々の試料を班員に提供した。（垣花）ソルボサーマル反応等の溶液プロセスにより形態制御した金属酸化物・水酸化物を前駆体とすることで、形態制御された窒化物の合成に成功した。溶液プロセスによる窒素やカーボン等のアニオンをドープした比表面積の高い酸化チタンやストロンチウム系光触媒の合成にも成功した。（殷）窒化炭素C3N4を用いた新しい合成手法を開発しアンモニアを使用せずに酸窒化物ペロブスカイトの低温合成に成功した。シアナミド系中間生成物が高い反応性に寄与していることを明らかにした。（鱒渕）共同研究７件を開始し、複合アニオン物質系の実験研究に資する第一原理電子状態計算を実施した。先方所属学生への計算技術移転を目的とする研究指導を行った。（本郷）
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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
主要な成果を研究実績の概要欄に記載した通り、現在までに各グループで様々な研究が進行中である。これまでに新物質の発見を基軸として、アニオン局所構造の制御、特異な配位選択性を持つ化合物の発見や化合物の形態制御などの成果が挙がっているほか、新合成ルートや新たな物質系の開拓などについても今後の期待が持てる結果が出ている。
従来「複合アニオン化合物」の名を冠した学問分野は存在せず、本研究プロジェクトでも採択時点では計画メンバーの所属学会バラバラであったが、本プロジェクトで共同研究を推進した結果、材料研究者の計算科学や構造解析の有効活用、前駆体を用いた新たな合成法の開拓、従来考慮していなかった機能性の評価、など様々な班内・班間協力の成果が出始めている。
「複合アニオン」という新たな学問領域の創出と革新的新材料の創製という本プロジェクトのミッションに照らすと、おおむね順調に成果で出ていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き各グループが班内・班間で協力して課題に取り組むと同時に、重要な成果が得られた際には、重点課題としてプロジェクトを挙げて推進していく。各シンポジウムや研究会で状況報告や共同研究の推進を図って行く。各グループの予定は以下の通りである。
これまでに発見した化合物について、構造及び物性をより詳細に評価すると共に、熱電特性や光触媒特性など、新たな機能性を目指した新物質合成を行う。計算科学も踏まえ複合アニオン化合物に適した物質合成手法を確立する。（荻野）高圧合成法、トポケミカル反応を組み合わせた多重合成によって新しい酸水素化物、酸窒化物の開発を行う。特に新奇な電磁気物性を示す二次元層状物質を開拓する。薄膜グループとも連携しながら進める予定である。またDFT計算を利用し、バンド位置を制御した光触媒物質の開発を行う。（陰山）新規化合物の単相試料合成を行い、組成・構造を明らかにし、発光特性等の物性測定を行う。他のグループと協力し、フッ化物前駆体を用いた新合成の確立を目指す。（稲熊）新規オキシナイトライド、オキシフルオライドの探索を実施するとともに、共同研究展開を見据え、複複合アニオン前駆体の合成とそれを可能にする原料と手法の開発、開発した物質の機能開拓を目指す。（垣花）今年度得られた形態制御材料の特性を評価するとともに、形態と機能の相関を明らかにする。ソルボサーマル反応を基本手法としての材料創製を確立し、様々な窒化物・酸窒化物の形態制御を行う。（殷）熱重量分析によりアンモニア窒化反応機構を明らかにし、様々な前駆体の窒化反応にフィードバックする。また弗窒化物などこれまで試みられていない材料系に着目して合成手法を開発する。（鱒渕）
今年度得られた異分野間コミュニケーションに関する知見等を活かし、公募班との新規共同研究も立ち上げ、実験研究グループへの計算技術移転を積極的に推進していく。（本郷）
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Report
(1results)
Research Products
(134results)
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[Journal Article] A layered wide-gap oxyhalide semiconductor with an infinite ZnO2 square planar sheet: Sr2ZnO2Cl22017
Author(s)
Yu Su, Yoshihiro Tsujimoto, Akira Miura, Shinichiro Asai, Maxim Avdeev, Hiraku Ogino, Miho Ako, Alexei A. Belik, Takatsugu Masuda, Tetsuo Uchikoshi, Kazunari Yamaura
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Journal Title
Chemical Communications
Volume : 53
Pages : 3826-3829
DOI
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[Journal Article] Smart Window Coating Based on F-TiO2-KxWO3 Nanocomposites with Heat Shielding, Ultraviolet Isolating, Hydrophilic and Photocatalytic Performance2016
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T.LIU, B. LIU, J. WANG, L. YANG, X. MA, H. LI, Y. ZHNAG, S. YIN, T. SATO, T. SEKINO, and H.WANG
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Journal Title
Scientific Reports
Volume : 6
Pages : 27373-27373
DOI
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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
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[Presentation] BaYSi2O5Nの発見とその蛍光体母体としての可能性2017
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小林亮, 安永拓矢, 佐藤大典, 加藤英樹, 垣花眞人, 藤井孝太郎, 八島正知
Organizer
第3回構造科学と新物質探索研究会「新構造型機能性無機材料の探索: -現状と展望-」 （日本セラミックス協会 2017年年会 サテライトプログラム）
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日本大学駿河台キャンパス（東京都千代田区）
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2017-03-16
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[Presentation] New iron-based superconductor (Eu,La)FeAs22016
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Organizer
29th International Superconductivity Symposium (ISS2016)
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東京国際フォーラム（東京都千代田区）
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[Presentation] 新規ペロブスカイト型酸化物PbMoO3の低温物性2016
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高津 浩, 吉宗 航, 山本 隆文, Cedric Tassel, 小林 洋治, Olivier Hernandez, Dmitry Batuk, Artem M. Abakumov, Craig Brown, 陰山 洋
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会
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金沢大学（石川県金沢市）
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Cedric Tassel, Yoshinori Kuno, Koji Fujita, Daichi Watabe, Dmitry Batuk, Artem M. Abakumov, Kazuki Shitara, Akihide Kuwabara, Hiroki Moriwake, Clemens Ritter, Craig M. Brown, Takafumi Yamamoto, Ryu Abe, Yoji Kobayashi, Katsuhisa Tanaka, Hiroshi Kageyama
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広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
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広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
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広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
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2016-09-07
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広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
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2016-09-07
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The 4th International Symposium on Rare Earth Resource Utilization(ISRERU-4) & The 7th International Symposium on Functional Materials (ISFM-7), TEM Session
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Changchun Institute of Applied Chemistry, Changchun, China
Year and Date
2016-08-19
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