高水素配位錯イオンの創製とエネルギー関連機能の創出

• 研究課題/領域番号: 16H06119
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高木 成幸 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50409455)
• 研究協力者: 佐藤 豊人 ; 池庄司 民夫 ; 折茂 慎一
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
• キーワード: 水素 / 高水素配位錯イオン / 超伝導材料 / 遷移金属錯体水素化物 / 機能材料 / 水素貯蔵材料 / 構造・機能材料

研究成果の概要

錯体水素化物の高水素密度化を妨げていた従来の錯イオン形成限界である“６族の壁”を克服し、５族および６族の遷移金属元素に9つもの水素が配位した高水素配位錯イオンを有する4種の新たな錯体水素化物群の合成に成功した。超高圧下における電気抵抗測定を実施し、当初の目論見どおり合成試料における超伝導発現を実験的に捉えることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

主に水素貯蔵関連研究のみに限定され、また既に完結したものと見なされていた遷移金属錯体水素化物研究において、新たな研究領域の開拓にも繋がる重要な知見を得た。これにより、高い潜在性を持ちながらも機能性材料としての認識が限定的であった錯体水素化物の学術的・社会的価値を高めることに貢献した。

研究成果

• [雑誌論文] Superconductivity of the hydrogen-rich metal hydride Li5MoH11 under high pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Meng Dezhong、Sakata Masafumi、Shimizu Katsuya、Iijima Yuki、Saitoh Hiroyuki、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 2 ページ: 024508-024508
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.024508
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高水素配位錯イオンの創製とエネルギー関連機能の創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木成幸, 折茂慎一
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 54 ページ: 31-40
  • NAID: 40021886339
• [雑誌論文] Fast Lithium-Ion Conduction in Atom-Deficient closo-Type Complex Hydride Solid Electrolytes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim Sangryun、Toyama Naoki、Oguchi Hiroyuki、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Ikeshoji Tamio、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 30 号: 2 ページ: 386-391
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b03986
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Structural Determination of SrAlD5 with Corner-Sharing AlD6 Octahedron Chains by X-ray and Neutron Diffraction (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Sorby Magnus、Deledda Stefano、Hauback Bjorn、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Crystals 巻: 8 号: 2 ページ: 89-89
  • DOI: 10.3390/cryst8020089
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ powder neutron diffraction study on the formation process of LaMg2NiH7 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, K. Ikeda, M. Matsuo, K. Miwa, T. Otomo, S. Deledda, B. C.. Hauback, G. Li, S. Takagi, S. Orimo
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 印刷中 号: 35 ページ: 22449-22453
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.196
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of novel hydride Li3AlFeH8 at high temperature and pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Hiroyuki、Takagi Shigeyuki、Sato Toyoto、Iijima Yuki、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Int. J. Hydrogen Energy 巻: 42 号: 35 ページ: 22489-22495
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.04.274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic Properties and Reversible Hydrogenation of LiBH4-Mg2FeH6 Composite Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Guanqiao、Matsuo Motoaki、Takagi Shigeyuki、Chaudhary Anna-Lisa、Sato Toyoto、Dornheim Martin、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Inorganics 巻: 5 号: 4 ページ: 81-81
  • DOI: 10.3390/inorganics5040081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence of Intermediate Hydrogen States in the Formation of a Complex Hydride (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Toyoto、Ramirez-Cuesta Anibal J.、Daemen Luke L.、Cheng Yongqiang、Orimo Shin-ichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 号: 2 ページ: 867-872
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02834
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of novel transition metal hydride complexes with ninefold hydrogen coordination (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Takagi, Y. Iijima, T. Sato, H. Saitoh, K. Ikeda, T. Otomo, K. Miwa, T. Ikeshoji, S. Orimo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 442531-8
  • DOI: 10.1038/srep44253
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Infrared Spectroscopic and Computational Studies on Li₄FeH₆ with High Gravimetric Hydrogen Density (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ogata, T. Sato, S. Takagi, H. Saitoh, Y. Iijima, B. Paik, S. Orimo
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 58 号: 2 ページ: 157-159
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016345
  • NAID: 130005297165
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Extending the Applicability of the Goldschmidt Tolerance Factor to Arbitrary Ionic Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, S. Takagi, S. Deledda, B. C. Hauback, S. Orimo
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 23592-23592
  • DOI: 10.1038/srep23592
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogen release reactions of Al-based complex hydrides enhanced by vibrational dynamics and valences of metal cations (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, A.J. Ramirez-Cuesta, L. Daemen, Y.-Q. Cheng, K. Tomiyasu, S. Takagi, S. Orimo
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 号: 79 ページ: 11807-11810
  • DOI: 10.1039/c6cc05199e
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高水素配位錯イオンにおける擬回転と相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 髙木成幸, 池庄司民夫, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2019年春季（第164回）大会
• [学会発表] 水素8配位錯イオンにおける擬回転 (2018)
  • 著者名/発表者名: 髙木成幸, 池庄司民夫, 佐藤豊人, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2018年秋季（第163回）大会
• [学会発表] Ta-H系の10 GPa, 850 ℃までの温度圧力相図 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤寛之、宇野和仁、森本勝太、谷上真惟、綿貫徹、高木成幸、佐藤豊人、折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2018年春季（第162回）大会
• [学会発表] 水素8配位錯イオンのstereochemistryと動的挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木成幸、佐藤豊人、池庄司民夫、折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2018年春季（第162回）大会
• [学会発表] 頂点水素共有の八面体AlH6によって形成されるSrAlH5の結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤豊人、高木成幸、M.H. Sorby、S. Deledda、B.C. Hauback
  • 学会等名: 日本金属学会2018年春季（第162回）大会
• [学会発表] Mg3CrH8生成過程の放射光X線回折その場観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯島 祐樹, 齋藤 寛之, 高木 成幸, 佐藤 豊人, 青木 勝敏, 折茂 慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年春期（第160回）大会
  • 発表場所: 八王子
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Al-Cr系合金の高温高圧下水素化反応の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 寛之, 宇野 和仁, 綿貫 徹, 佐藤 豊人, 高木 成幸, 折茂 慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年春期（第160回）大会
  • 発表場所: 八王子
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] LiBH4－Mg2FeH6複合材料の脱水素化反応における熱力学特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 李 関喬, 松尾 元彰, 高木 成幸, 佐藤 豊人, 折茂 慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年春期（第160回）大会
  • 発表場所: 八王子
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 高水素配位錯イオンの創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高木成幸、折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋季（第161回）大会
• [学会発表] クラスターアニオン型錯体水素化物の結晶構造とリチウムイオン伝導特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金相侖、外山直樹、大口裕之、佐藤豊人、高木成幸、池庄司民夫、折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋季（第161回）大会
• [学会発表] 高温高圧下における新規合金水素化物の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤寛之、森本勝太、宇野和仁、谷上真惟、綿貫徹、町田晃彦、高木成幸、佐藤豊人、飯島祐樹、折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋季（第161回）大会
• [学会発表] 高温高圧法による新規水素化物探索の最近の成果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤寛之、森本勝太、谷上真惟、談儀和祐、村上心、高木成幸、佐藤豊人、飯島祐樹、綿貫徹、折茂慎一
  • 学会等名: 第4回水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会
• [学会発表] 錯体水素化物のイオン伝導特性と全固体二次電池への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 外山直樹、金相侖、大口裕之、佐藤豊人、高木成幸、池庄司民夫、大信田卓朗、野上玄器、折茂慎一
  • 学会等名: 第4回水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会
• [学会発表] Superconductivity of Hydrogen-rich Metal Hydride under High Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Dezhong Meng、Masafumi Sakata、Katsuya Shimizu、Yuki Iijima、Hiroyuki Saitoh、Toyoto Sato、Shigeyuki Takagi、Shin-ichi Orimo
  • 学会等名: The 26th International Conference on High Pressure Science and Technology (AIRAPT 26)
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity of Hydrogen-rich Metal Hydride under High Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Dezhong Meng、Masafumi Sakata、Katsuya Shimizu、Yuki Iijima、Hiroyuki Saitoh、Toyoto Sato、Shigeyuki Takagi、Shin-ichi Orimo
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 高水素配位錯体水素化物の高圧相と電子状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高木 成幸, 飯島 祐樹, 佐藤 豊人, 齋藤 寛之, 池庄司 民夫, 折茂 慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2016年秋期（第159回）大会
  • 発表場所: 豊中
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 理論計算予測に基づくLi3AlFeH8の高温高圧合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 寛之, 高木 成幸, 佐藤 豊人, 飯島 祐樹, 折茂 慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2016年秋期（第159回）大会
  • 発表場所: 豊中
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Exploration of hydrogen-rich materials (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Takagi, Y. Iijima, T. Sato, H. Saitoh, K. Ikeda, T. Otomo, K. Miwa, T. Ikeshoji, K. Aoki, S. Orimo
  • 学会等名: International Symposium on Metal-Hydrogen Systems 2016 (MH2016)
  • 発表場所: インターラーケン（スイス）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Li3AlFeH8 (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Saitoh, S. Takagi, T. Sato, Y. Iijima, S. Orimo
  • 学会等名: International Symposium on Metal-Hydrogen Systems 2016 (MH2016)
  • 発表場所: インターラーケン（スイス）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Precursor state for formation of a complex hydride (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, K. Miwa, M. Matsuo, K. Ikeda, T. Otomo, S. Deledda, B. C. Hauback, G. Li, S. Takagi, S. Orimo
  • 学会等名: International Symposium on Metal-Hydrogen Systems 2016 (MH2016)
  • 発表場所: インターラーケン（スイス）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [備考] Chemistry: Metals on cloud nine
  • URL: https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/en/aimresearch/highlight/2017/20170731_000989.html
• [備考] １つの金属原子に９つもの水素が結合した新たな物質の誕生
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/info/results/index.html#re0314
• [備考] 1つの金属原子に9つもの水素が結合した新たな物質の誕生
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/03/press20170310-01-.html
• [備考] 1つの金属原子に9つもの水素を結合させることに成功 ―モリブデンなど4種の金属について実証
  • URL: http://www.tsukuba-sci.com/?p=1844
• [備考] １つの金属原子に9つもの水素が結合した新たな物質の誕生
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/press/2017/20170313_000695.html
• [備考] １つの金属原子に9つもの水素が結合した新たな物質の誕生
  • URL: http://www.qst.go.jp/topics/itemid034-002049.html