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2018 年度 実績報告書

高密度水素を含有する錯体水素化物における形成機構の解明と新規物質探索への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K06766
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 豊人  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20455851)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードエネルギー材料 / 錯体水素化物 / 結晶構造 / 格子振動 / X線回折 / 中性子回折
研究実績の概要

錯体水素化物は、水素を高密度に含有する錯イオンによって形成され、水素貯蔵材料への応用が期待される。錯体水素化物を水素貯蔵材料として利用するためには、錯体水素化物の形成(水素化)・分解(脱水素化)反応の機構解明が課題の一つに挙げられる。申請者らは、錯体水素化物を形成するための前駆現象を初めて見出し、この現象により、錯体水素化物が、一般的に知られている反応温度(摂氏 数百度以上)よりも低温(摂氏 30度)で形成される結果を得ている。そこで、本研究の目的は、申請者らが発見した前駆現象に着目し、錯体水素化物の水素化・脱水素化反応の素過程を結晶構造と振動ダイナミクスの観点で評価して、錯体水素化物の水素化・脱水素化反応機構を解明するとともに室温近傍で水素化反応が進行する水素化物を探索する。更に、本研究で得られた知見をもとに高密度に水素を貯蔵する材料開発のための合成指針を構築する。
平成30年度は、錯体水素化物の脱水素化過程を熱分析、X線・中性子回折、中性子非弾性散乱を用いて観測した。更に脱水素化後の試料を再水素化することで錯体水素化物が再形成されることが明らかになった。この一連の水素化・脱水素化・再水素化反応における結晶構造は、構成する金属元素の配列が維持されていた。更にマグネシウムを含む類似の金属間化合物が室温近傍で水素化反応が進行し、その反応前後での金属配列は、維持されることが明らかになった。これらの結果から水素化・脱水素化反応前後での金属配列の維持が、室温近傍で高密度に水素を貯蔵する材料設計指針の重要な要素の一つに挙げられる。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Oak Ridge National Laboratory
  • [雑誌論文] Hydrogen release reaction ofcomplex transition metal hydride with covalently bound hydrogen and hydride ions2019

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, L.L. Daemen, Y. Cheng, A.J.Ramirez-Cuesta, K. Ikeda, T. Aoki, T. Otomo, S. Orimo
    • 雑誌名

      ChemPhysChem

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/cphc.201801082

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lithium ion conductivity of complex hydrides incorporating multiple closo-type complex anions2019

    • 著者名/発表者名
      N. Toyama, S. Kim, H. Oguchi, T. Sato, S. Takagi, M. Tazawa, G. Nogami, S. Orimo
    • 雑誌名

      Journal of Energy Chemistry

      巻: 38 ページ: 84-87

    • DOI

      10.1016/j.jechem.2019.01.009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Superconductivity of the hydrogen-rich metal hydride Li5MoH11 under high pressure2019

    • 著者名/発表者名
      D. Meng, M. Sakata, K. Shimizu, Y. Iijima, H. Saitoh, T. Sato, S. Takagi, S. Orimo
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 024508

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.99.024508

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A complex hydride lithium superionic conductor for high-energy-density all-solid-state lithium metal batteries2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, H. Oguchi, N. Toyama, T. Sato, S. Takagi, T. Otomo, A. Dorai, N. Kuwata, J. Kawamura, S. Orimo
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 1081

    • DOI

      10.1038/s41467-019-09061-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Complex transition metal hydride formation process studied by neutron scattering2019

    • 著者名/発表者名
      Toyoto Sato, Kazutaka Ikeda, Toshiya Otomo, Anibal J. Ramirez-Cuesta, Luke Daemen, Yongqiang Cheng, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      LATSIS Symposium 13th International symposium "Hydrogen & Energy"
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規水素化物探索研究における未知結晶構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤豊人
    • 学会等名
      地球惑星科学研究会・高圧物質科学研究会・コヒーレントX線物質科学 合同研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 共有結合性水素と水素化物イオンを有する錯体水素化物の脱水素化反応機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 豊人, Anibal J. Ramirez-Cuesta, Luke Daemen, Yongqiang Cheng, 池田 一貴, 大友 季哉, 折茂 慎一
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期(第163回)大会
  • [学会発表] Formation process of a complex transition metal hydride2018

    • 著者名/発表者名
      Toyoto Sato, Kazutaka Ikeda, Toshiya Otomo, Anibal J. Ramirez-Cuesta, Luke Daemen, Yongqiang Cheng, Shin-ichi Orimo
    • 学会等名
      16th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems(MH2018)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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