| 研究領域 | 複合アニオン化合物の創製と新機能 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06440
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
林 克郎 九州大学, 工学研究院, 教授 (90397034)
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| 研究分担者 |
八島 正知 東京工業大学, 理学院, 教授 (00239740)
木本 浩司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (90354399)
吉田 朋子 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (90283415)
桑原 彰秀 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主任研究員 (30378799)
稲田 幹 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (40624979)
野田 泰斗 京都大学, 理学研究科, 助教 (00631384)
山本 隆文 京都大学, 工学研究科, 助教 (80650639)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | セラミックス / 回折法 / 理論計算 / 核磁気共鳴法 / 結晶化学 / 低次元物質 / その場計測 / 混合アニオン |
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| 研究実績の概要 |
解析の根幹となる回折法に関して、総括班共用設備の単結晶X線解析装置の運用体制を構築した。また国内外の中性子回折と放射光X線回折施設での共同・依頼計測、解析の実施と学生への指導体制も構築し、班内・班外を含む極めて多数の物質系の共同研究による計測と解析を進めている。酸窒化物系蛍光体、酸窒化物光触媒、新奇酸水素化物の高圧下でのその場構造解析による水素化物イオンの特異的な性質の解明などの成果を上げた。
収差補正電子顕微鏡による結晶構造解析など、班内・班間の多数の共同研究テーマについて共同で研究を進め、長周期構造を有する酸窒化物薄膜試料の詳細な解析を行った。電子エネルギー損失分光法や環状暗視野像の定量解析などの計測手法を開拓し、酸化物中の窒素ドーパントの状態分布イメージングに成功しており、さらにアニオン局所秩序の可視化方法論の確立を進めている。また結晶を超えた系への展開として、ナノシートや二次元錯体の評価を前倒しで進めた。
理論計算では、構造安定性、電子構造、熱力学的安定性評価に加えて、機械学習法を用いたアプローチを加えている。新規に合成された酸水素化物結晶の配位多面体中の水素化物イオンの配置幾何(trans-, cis-配置)について、機会学習法を用いた理論計算によって網羅的に調べることによって、明らかにするほか、酸窒化物系、酸水酸化物系においても、固体高分解NMRによる実験計測ととの共同といったアプローチにより、本申請課題の局所幾何の評価に関する新しい方法論を開拓して、複合アニオン系での知見の蓄積を加速させている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
専門家が連携した複合アニオン化合物の構造状態評価体制を構築する事、また研究の共通の課題として、識別が困難な、O, N, F, Hアニオンの評価方法論の確立、結晶の配位多面体中のアニオンの配置幾何(trans-, cis-配置)の評価、共通設備の活用を掲げており、それらの目標は共同研究を中心になされた各テーマを介して達成され、それらを統合した課題に移行する段階に移行していると評価される。また研究期間5年間の後半の課題とした、その場計測や、低次元物質等結晶を超えた系への展開を見据えるものとしており、これらを前倒しで実行している。
回折法に関して、総括班共用設備の単結晶X線解析装置の運用体制を構築した。また国内外の中性子回折と放射光X線回折施設での共同・依頼計測、解析の実施と学生への指導体制も構築してきた。班内・班外を含む極めて多数の物質系の共同研究による計測と解析を進めている。その他、その場法による計測アプローチ、NMR法などによる局所構造解析法や合成プロセスに関する解析も進展している。
また、電子状態計算協働および、領域内での教育を精力的に行っており、実習、遠隔計算を含む共同研究で成果を上げ、かつ理論計算のサポート体制のすそ野を広げている。
個別の課題の進捗の揺らぎはあるが、全般に当初計画以上に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
蛍光体、熱電体、光触媒などとして機能する複合アニオン化合物の結晶構造と物性との相関を解明する事で、物質設計に繋げる。また、結晶性複合アニオン物質での局所配位幾何に関する解析をこれまで以上に進めつつ、複合アニオン非結晶性物質への展開を進め、これらの局所構造解析法を確立する。
イオン導電性候補材料の中性子回折、固体高分解能核磁気共鳴法や理論計算により、アニオン伝導経路と伝導機構を明らかにしてゆく。電子顕微鏡法において、環状暗視野像と環状明視野像を同時取得することで、複合アニオン化合物で重要となる重元素と軽元素の原子位置を可視化する。またこれらの手法を統合して、cis, transなどの結晶中の局所構造の可視化に取り組む。
理論計算による解析との共同で、複合アニオン物質の局所構造やイオン導電経路の解明を進めていく。蓄積されつつある多様な物質系の情報を統合して、知見の一般化を進める。
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