| 研究概要 |
本研究の目的は、代表的な無機固体酸型プロトン伝導体である硫酸水素セシウムを対象として温度・圧力等により出現する様々な結晶多形のプロトン拡散速度を測定し、その構造との相関関係を明らかにすることであった。まず、赤外およびRaman散乱分光により硫酸水素セシウム各結晶相における水素結合状態を調べ温度-圧力状態図を作成し、新しくHPHT1,HPHT2相を見出した。これらの相は室温高圧下でも安定相であった。水素イオンと重水素イオンの相互拡散過程における0-H、0-D結合の空間分布の経時変化を赤外分光測定により追跡することで相互拡散係数を求める手法を開発した。赤外マッピング測定することでD体濃度の2次元分布の経時変化を測定し拡散対モデルを適用して解析することで、相互拡散係数を求める事ができた。この手法を硫酸水素セシウムの室温高圧相へ適用し、373Kでの相互拡散係数の圧力依存性を求めた。II相においては圧力変化はほとんど無いが、1.5GPaでHPHT1相に転移すると拡散係数が減少し、HPHT2相でも同程度の低い拡散係数を示すことが明らかとなった。常温常圧II相から室温高圧HPHT1相(斜方晶)へ転移すると四面体イオン間は接近するが、水素結合距離は一旦長くなる。HPHT2相(斜方晶)では水素結合距離が短くなった。相互拡散係数の測定ではHPHT1相、HPHT2相では拡散速度が低下しており、水素結合距離だけではなく構造全体と四面体イオンの回転運動の関係を考える必要がある。
硫酸水素セシウムに対して、銀蒸着基板上で2倍程度の表面増強効果を観測した。H体とD体の区別も可能であり、拡散計測への適用を試みた。しかし、試料の薄膜化や、赤外測定用基板の耐酸性の問題などをクリアするに至らず拡散データの取得には至らなかった。他の物質への適用などへ展開を図ることで手法自体は発展の余地がある。
|
