高温(〜1500℃)NMR法で見る無機物質の機能と構造

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750536
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 前川 英己 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60238847)
• キーワード: 高温 / NMR測定 / プロトン伝導性 / ペロブスカイト型化合物 / 合成亜鉛スピネル / 結晶席交換反応 / シリケート / アルミノシリケート

研究概要

研究計画に基づき、無機セラミックス材料、ガラス・融体についての高温下NMR測定により以下の結果を得た。
高温下でプロトン伝導性を示す一連のペロブスカイト型化合物について室温から1000℃程度までの温度下での水素-1核NMRその場測定を行った。NMRスペクトルおよび緩和時間の温度依存性について添加イオン濃度の影響を中心に一連の測定を行った。その結果、測定した温度領域(室温〜500℃)においてプロトン伝導が全電気伝導を支配していることが明らかとなった。この結果についてはSolid State Ionics122(1999)231-236に掲載された。一方、機能性無機材料の基本構造であるスピネル型構造について鉱物のスピネルおよび合成亜鉛スピネル中の、興味深い現象であるアルミニウムイオンの結晶席交換反応について、その反応速度をアルミニウム-27核のNMR測定により観測した。これにより、4配位席と6配位席の間の交換反応の正反応と逆反応の速度をはじめて正確に決定した。また、その比は平衡時での4配位席と6配位席の割合をよく再現することがわかった。この結果についてはJ.Am.Ceram.Soc.82(7)(1999)1844-1848に掲載された。
典型的無機ガラス材料であるシリケート、およびアルミノシリケートに対する水の影響について酸素-17核を同位体濃縮した試料を合成し、NMR法を適応した。その結果、ガラス中の水酸基および水分子を2次元NMR法を用いて分離、定量できることを明らかにした。この結果はJ.Am.Chem.Soc.120(1998)9894-9901に掲載された。また、高温で溶融状態のケイ酸塩のケイ素-29核の測定結果について、レビューの一部としてJ.Mol.Liquids83(1999)311-326にまとめた。

研究成果

• [文献書誌] T.Yokokawa: "Equilibrium of O^<2-> + O^0= 2O^- in Oxide Melts Examination of Its Reality by Three Approaches"J. Mol. Liquids.. 83. 311-236 (1999)
• [文献書誌] H.Maekawa: "High Temperature ^1H NMR Study of Proton Conducting Oxide SrCe_<0.95>Y_<0.05>H_<0.004>O_<3-d>"Solid State lonics. 122. 231-236 (1999)
• [文献書誌] N.Kashii: "Dynamics of the Cation Mixing of MgAl_2O_4 and ZnAl_2O_4 Spinel"J. Am. Ceram. Soc.. 82(7). 1844-1848 (1999)
• [文献書誌] H.Maekawa: "Water in Silicate Glass : ^<17>O NMR of Hydrous Silica, Albite and Na_2Si_4O_9 Glasses"J. Phys. Chem. B. 102(39). 7523-7529 (1988)
• [文献書誌] Z.Xu: "Oxygen Speciation in Hydrous Silicate Glasses -An Oxygen-17 NMR Study"J. Am. Chem. Soc.. 120(38). 9894-9901 (1998)
• [文献書誌] T.Nakanishi: "Redox Potential of Mo(VI)/Mo in Alkali Borate Melts"Mat.Trans. JIM,. 39(3). 399-403 (1998)