| 研究領域 | ハイドロジェノミクス：高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00030
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
中野 智志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50343869)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 水素化物 / 高温高圧 / 結晶構造 / 二水素結合 / 超高圧 / 水素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、メガバール（100 GPa）級の超高圧を発生できるダイヤモンド・アンビル・セルと、それに高密度水素を導入できる国内唯一のガス充填装置を駆使し、高温高圧下で金属元素と高密度水素との反応実験を行い、水素を多量に含んだ水素化物を広範囲に探索して、新しい機能性水素化物を創成する。対象物質は、これまで研究の少ないアルカリ・アルカリ土類金属、IIIA族および遷移金属にまず取り組み、さらに計画研究で対象とされている物質について、水素密度をさらに高める物質合成を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ダイヤモンド・アンビル・セルと高圧水素を利用し、高水素密度・水素比・高配位数の水素化物を広範囲に探索して、新規機能性水素化物を創成することを目的とした。二元系物質としてアルカリ・アルカリ土類金属水素化物、三元系物質としてIIIA族および遷移金属錯体水素化物を中心に新規物質合成を行った。
アルカリ土類金属をキャリアとする新規イオン伝導体の探索として、Ca(BH4)2とそのアンモニアボラン複合体であるCa(BH4)2・(NH3BH3)2の高圧下での多形探索と結晶構造解析を行った。Ca(BH4)2は約2GPaで圧力誘起相転移を起こし、高圧相の結晶構造はP21/cと解析された。この構造は常温常圧相と類似しているが、BH4-イオンの配列の変化により、Ca2+イオンがより移動しやすい構造となった。Ca(BH4)2・(NH3BH3)2は約16GPaで圧力誘起相転移を起こした。
アンモニアボランNH3BH3の高圧構造変化では、3-4GPaで格子定数の圧力変化に異常を見出し、圧力誘起による二水素結合形成の傍証を得た。また、観察された格子定数や体積の圧力変化、Ramanスペクトルの圧力変化は、いずれもDFT計算でも再現され、これらの変化と二水素結合の形成との間にある強い相関性が確認された。
Mg(H2O)3B12H12の脱水反応によりイオン伝導性MgB12H12を合成する試みでは、常圧下では約250℃でアモルファス化するのに対して、高温高圧条件下では元の層状構造を維持できるという知見を得た。今後、脱水条件を明らかにしていく。
新規水素化物超伝導体の合成を目指した高温高圧実験では、CaH2とCa(BH4)2との混合物と高圧水素の反応によりCaB-Hn系化合物の合成を試みた。150GPaの圧力下でYAGレーザー加熱処理により反応生成物を得た。その構造と組成の解析は今後の課題である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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