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2020 年度 実施状況報告書

水素錯イオンの高速擬回転に伴う低温副格子融解を利用した革新的固体イオニクスの創成

研究課題

研究課題/領域番号 20K20438
配分区分基金
研究機関東北大学

研究代表者

高木 成幸  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50409455)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード水素錯イオン / 擬回転 / イオン輸送 / 遷移金属錯体水素化物 / 副格子融解
研究実績の概要

2020年度は、中性子準弾性散乱実験による擬回転の実験実証、ならびに計算材料科学による擬回転の発現機構解明を進めるなど、理論・実験の両面から擬回転の学理構築に取り組んだ。実験に関しては、擬回転の直接観測には至らなかったものの、150Kから室温に至る広い温度範囲にて、水素錯イオンの自由回転運動を示す準弾性散乱成分の観測に成功するなど、研究構想の妥当性を支持する結果を得た。理論計算に関しては、擬回転の発現が①錯イオンの対称性と錯イオン占有サイトのサイトシンメトリーの競合、ならびに②高水素配位錯イオンならではの多様な準安定構造の存在に起因することを明らかにした。また第一原理計算を用いた理論合成予測にもとづき、マグネシウムを陽イオンとする新たな高水素配位錯体水素化物の合成にも成功した。

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

研究計画の妥当性を支持する実験結果が得られたことに加え、擬回転の学理構築においても主に理論の観点から大きな進展がえられたこと、さらには多価イオン伝導への展開が見込める新たな高水素配位錯体水素化物の合成にも成功していることなどからおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

2021年度は、より高分解能の装置を利用した中性子準弾性散乱実験による擬回転の直接観測に挑戦するとともに、新たに合成に成功したマグネシウム系高水素配位錯体水素化物を端緒とした多価イオン伝導への研究展開を進める。理論に関しては、擬回転によるイオン伝導促進機構に関する詳細な解析を進めるとともに、新物質探索にも取り組む。

次年度使用額が生じた理由

学会や会議のオンライン化により旅費の執行が無かったことに加え、装置の改良により、想定していた技術員雇用のための人件費が節約できたため。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Pseudorotating hydride complexes with high hydrogen coordination: A class of rotatable polyanions in solid matter2020

    • 著者名/発表者名
      Takagi Shigeyuki、Ikeshoji Tamio、Sato Toyoto、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 ページ: 173901~173901

    • DOI

      10.1063/5.0002992

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Functionalities of Hydride Complexes with High Hydrogen Coordination2020

    • 著者名/発表者名
      Takagi Shigeyuki、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 051010~051010

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.051010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnesium Borohydride Ammonia Borane as a Magnesium Ionic Conductor2020

    • 著者名/発表者名
      Kisu Kazuaki、Kim Sangryun、Inukai Munehiro、Oguchi Hiroyuki、Takagi Shigeyuki、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 ページ: 3174~3179

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex Hydride Solid Electrolytes of the Li(CB9H10)?Li(CB11H12) Quasi-Binary System: Relationship between the Solid Solution and Phase Transition, and the Electrochemical Properties2020

    • 著者名/発表者名
      Kim Sangryun、Kisu Kazuaki、Takagi Shigeyuki、Oguchi Hiroyuki、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 ページ: 4831~4839

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00433

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogenation reaction of Co3Ti alloy under high pressure and high temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Saitoh Hiroyuki、Morimoto Masahiro、Watanuki Tetsu、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 45 ページ: 33675~33680

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2020.06.027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Structural Investigations for Understanding the Hydrogen Storage Properties of YMgNi4-Based Alloys2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Toyoto、Mochizuki Tomohiro、Ikeda Kazutaka、Honda Takashi、Otomo Toshiya、Sagayama Hajime、Yang Heena、Luo Wen、Lombardo Loris、Z?ttel Andreas、Takagi Shigeyuki、Kono Tatsuoki、Orimo Shin-ichi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 ページ: 31192~31198

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c04535

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Room-Temperature Superionic Conduction in Complex Transition Metal Hydrides with High Hydrogen Coordination2020

    • 著者名/発表者名
      Shigeyuki Takagi
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Smart Systems Engineering 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Li5MoH11における錯イオンの擬回転とリチウムイオン輸送2020

    • 著者名/発表者名
      高木成幸、折茂慎一
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期(第168回)講演大会
  • [備考] 多数の水素からなるクラスターの “擬回転” を利用した 室温超イオン伝導の新たな発現原理を確立

    • URL

      http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/results/detail---id-1229.html

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公開日: 2021-12-27  

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