| 研究課題/領域番号 |
20K05085
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
単 躍進 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20272221)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 酸化物イオン伝導 / ６価陽イオンによる５価ニオブの置換 / シーライト型構造 / 希土類ニオブ酸塩 / 構造相転移 |
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| 研究実績の概要 |
2021年度に続き，当初の計画の高温酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムの代わりに，既存のインピーダンス測定装置の改良を進め，試料の固定・加熱，データ収集プログラムなどの修正を行なっていた。昨年度の研究を継続し，6価の陽イオンMo(VI)による5価のNb(V)の置換を行い，NdNb1-xMoxO4+σ(0≦x≦1.0)試料の合成を試み，得られた試料の結晶構造解析，相変化について調べた。また，NdNb0.6W0.4O4+δ試料の室温における中性子構造解析を行い，格子間酸素の位置の検討を行った。その他に，W 置換で得られた知見を整理し，SSI23の国際学会でにこと発表や，専門誌への投稿を行なった。今年度の研究で以下のことを明確にした。
１）室温でフェルグソナイト型構造を有するNdNbO4中の5価のNbをよりイオン半径の小さい6価のMoで置換すると格子定数，単位胞体積が増加し，W置換試料と同様に格子間に酸素が導入されて伝導キャリアとなることを示唆された。x > 0.2では格子定数aとcが一つになり，正方晶系のシーライト構造となるが，x=0.5の試料にはシーライト相にNd5Mo3O16の不純物相が現れている。NdNb0.8Mo0.2O4.1は800 ℃において5.1×10-3 S cm-1の伝導率を示し，未置換試料の伝導率(1.5×10-5 S cm-1)より約300倍に大きくなり，W 置換試料より良いイオン伝導性を示す傾向があった。
２）格子間酸素の位置を特定するためにNdNb0.6W0.4O4.25について中性子回折測定を行った。同様な室温で正方晶系のシーライト構造であるPb0.8La0.2WO4.1の中性子回折結果を参照に解析を行ったが，収束できなかった。また，16fサイトの(0.38, 0.23, 0.175)と(0.35, -0.02, 0.265)で解析してみたが，発散はしなかったが，理想な結果（解析の完了）にはなっていなかった。つまり，格子間酸素の位置の特定ができなかった。酸化物イオン伝導性を示す温度における中性子構造解析を試してみる必要があると思っている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度に予定していたMo置換試料の合成と得られた物質の結晶構造変化の解析，中性子構造解析による格子間酸素位置の特定を行なっていた。その他に，“3年目では今までの研究成果をまとめて発信を努める”という目標についても，国際学会(SSI-23)での成果発表と論文投稿など，概ね予定通りに進めていた。しかし，当初計画している酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムは，コロナ禍の影響と物価の高騰によって，今年度で構築不可能なことが判明した。既存のインピーダンス測定装置の改良を取り込み，より簡便でかつ高い温度における測定が可能であることを目指す。可能な限り，最大限にLnNb1-xMxO4+δ(Ln＝希土類，M＝W, Mo)系の酸化物イオン伝導のパフォーマンスを発揮させて，置換による伝導キャリアの格子間酸素位置を定める予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目標である置換による室温シーライト相の生成過程の解明，また余剰酸素量と酸化物イオン伝導性の相関の検討に直接関係あると考えられている。以下のことを中心に研究を進める。
１）WやMoによるNb置換のネジウムニオブ酸塩の中性子構造解析を行い，試料中の過剰酸素の位置を突き止める。令和4年度の中性子構造解析の経験を生かして，高温，並びにいくつかの温度における中性子構造解析を行い，過剰酸素とNb，W（またはMo）の配位関係を解明し，結晶構造とイオン伝導性の関連を明らかにし，W（またはMo）の置換による相転移のメカニズムを究明する。
２）WやMoまたは他の６価の陽イオンによるNbの置換試料の合成を行い，系統的に希土類ニオブ酸塩の結晶構造とイオン伝導性を評価する。
３）新たな研究成果をまとめて発信に努める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究が遅れた理由にも述べた通り，酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムの構築が難しかったため，備品の購入費用がほとんど発生しなかった。また，最初2年間のコロナ禍により，研究の遅れや学会発表がオンライン形式であったため，出張旅費もゼロになっていた。そのため，研究費が残っている。次年度には，系統的にWやMoまたは他の6価の陽イオンによるNbの置換試料を合成し，既存のイオン伝導測定システムを改良しながら，得られた物質の結晶構造とイオン伝導性を評価し，シーライト相生成のメカニズムを検証する。そのためには，試薬や合成に関わる必要品の購入，イオン伝導測定システムの必要品の購入に経費を使用する。また，高温中性子回折測定や，対面の国際学会の参加などを積極的に進め，測定装置の利用費や，学会の参加費と出張費も計上する。
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