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2011 年度 実績報告書

結晶水が形成する二水素結合の挙動に関する高温高圧中性子回折による解析

公募研究

研究領域高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学
研究課題/領域番号 23103706
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

中野 智志  独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (50343869)

キーワード二水素結合 / 高温高圧 / 中性子回折 / 構造解析
研究概要

本研究では、J-PARCの高温高圧中性子回折ビームラインを用いて、構造中の結晶水が二水素結合を形成する水素化物や比較物質の精密構造解析を行い、高温高圧下における結晶水と二水素結合の挙動、それが物質の構造や反応性に与える影響を明らかにし、水素が生み出す未知なる物質ダイナミクスの解明に寄与することを目的としている。
しかし、2011年3月11日に発生した東日本大震災の影響により、J-PARCでの高圧中性子回折実験が全くできなかった。そのため予備実験として、高エネルギー加速器研究機構放射光科学研究施設(KEK-PF)の高圧ビームラインで、結晶水を持たない二水素結合物質であるNH_3BH_3およびND_3BD_3の高圧X線回折実験を行った。
NH_3BH_3は約50GPaまで室温高圧実験を行った。従来報告されていた圧力誘起相転移のほかにも相転移と思われる構造変化を確認し、さらに高圧でのアモルファス化を初めて観測した。これは、高温高圧下で未知の新たな構造があることを示唆している。中性子回折実験で使用するND_3BD_3も同様の実験を行い、基本的に同じ結果を得た。水素や水の高圧相図は同位体効果があり相転移の温度・圧力条件が異なるが、NH_3BH_3についてはその影響は考慮する必要がないことが明らかになった。実験手法上の知見としては、NH_3BH_3は微細試料を得るのが簡単ではなく、リードベルト解析に耐え得る回折リングターンを得ることが困難だった。これは、試料の量がはるかに多くなるとはいえ、中性子回折実験に際しても起こりうる問題であり、十分な試料調整が重要であることが示唆された。

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

中性子回折実験に全く着手できなかったことにより、全体の進行が遅れている。しかし、X線回折による予備実験は順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

J-PARCでの中性子回折実験が可能になるまでに、X線回折による予備実験を完了させるとともに、結晶水を持つ二水素結合物質NaBH_4・2H_2Oの実験を優先する。高圧中性子回折ビームライン「PLANET」以外での高圧中性子回折実験の可能性を探る。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (28件)

  • [雑誌論文] 配列ナノ空間物質の高圧挙動に対するヘリウム準静水圧の効果2012

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 22 ページ: 26~32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 軽元素錯体水素化物LiBH_4の高圧構造相転移とイオン伝導特性2012

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 21 ページ: 213-220

    • DOI

      10.4131/jshpreview.21.213

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 放射光X線回折実験によるテルル化ビスマスのbcc構造への圧力誘起相転移2012

    • 著者名/発表者名
      榮永茉利
    • 雑誌名

      Photon Factory News

      巻: 29 ページ: 17-21

  • [雑誌論文] Pressure responses of portlandite and H-D isotope effects on pressure-induced phase transitions2011

    • 著者名/発表者名
      R.Iizuka, et al
    • 雑誌名

      PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS

      巻: 38 ページ: 777-785

    • DOI

      10.1007/s00269-011-0450-3

    • 査読あり
  • [学会発表] 構造IおよびVIII型クラスレート(Sr_8Al_xGa_<16-x>Si_<30>)の高圧構造相転移2012

    • 著者名/発表者名
      久米徹二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 高圧下における1111型超伝導体の超伝導と結晶構造2012

    • 著者名/発表者名
      冨田崇弘
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 水素を含むCaFeAsHの高圧下における構造と超伝導2012

    • 著者名/発表者名
      江畑政哉
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] MCMBs-水素の圧力誘起相分離2012

    • 著者名/発表者名
      石動裕也
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 全率固溶体Bi_<1-x>Sb_xにおける圧力誘起相分離と超伝導転移温度の関係2012

    • 著者名/発表者名
      大村彩子
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] ピエゾクロミック物質HgI_2の圧力誘起相転移と結晶構造2012

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 高圧水素下における銀ろうの構造変化の観察2012

    • 著者名/発表者名
      田口翔太郎
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 圧力を利用した炭素ナノ構造体の水素貯蔵に関する構造的研究2012

    • 著者名/発表者名
      石動裕也
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 錯体水素化物LiNH_2の圧力誘起相転移2012

    • 著者名/発表者名
      山脇浩
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 水素を含むCaFeAsHの圧力効果2012

    • 著者名/発表者名
      江畑政哉
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 水酸化カルシウムの圧力誘起相転移のその場観察2012

    • 著者名/発表者名
      飯塚理子
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] HgI_2の圧力誘起相転移と高圧相の結晶構造2012

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      鳥栖市民文化会館・中央公民館
    • 年月日
      2012-01-06
  • [学会発表] X-ray powder diffraction measurement on Ba_<24>Ge_<100> under high-pressure/low-temperature using helium pressure medium2011

    • 著者名/発表者名
      S.Nakano
    • 学会等名
      International Conference of New Science Created by Materials with Nano Spaces : From Fundamentals to Applications
    • 発表場所
      Tohoku University
    • 年月日
      2011-11-23
  • [学会発表] Ba_<24>Ge_<100>の低温高圧構造2011

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] HgI_2高圧相の結晶構造解析2011

    • 著者名/発表者名
      中野智志
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 高圧水素中で観察されるhBNの振動状態2011

    • 著者名/発表者名
      中山敦子
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 高圧水素雰囲気中で観察されるナノグラファイトの構造変化2011

    • 著者名/発表者名
      石動裕也
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 全率固溶体Bi_<1-x>Sb_xにおける結晶構造の圧力・組成依存性2011

    • 著者名/発表者名
      大村彩子
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 全率固溶体Bi_<1-x>Sb_xにおける超伝導転移温度の圧力・組成依存性2011

    • 著者名/発表者名
      山村彩子
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] LiNH_2の圧力誘起相転移2011

    • 著者名/発表者名
      山脇浩
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 低温高圧力下におけるGeクラスレートのゲスト平衡位置とラットリング振動2011

    • 著者名/発表者名
      船橋健太
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Mn_2Nb化合物の高圧力下での結晶構造解析2011

    • 著者名/発表者名
      山田裕
    • 学会等名
      第52回高圧討論会
    • 発表場所
      沖縄キリスト教学院大学
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 圧力誘起超伝導体Bi_<1-x>Sb_xにおける圧力効果と組成依存性2011

    • 著者名/発表者名
      大村彩子
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] 水素中で加圧したhBN、グラファイトの振動状態2011

    • 著者名/発表者名
      中山敦子
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] 半導体クラスレートのラットリング振動とその圧力依存性III2011

    • 著者名/発表者名
      久米徹二
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] ペロブスカイト型酸化物PbNiO_3の高圧合成と構造相転移2011

    • 著者名/発表者名
      田中樹恵
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2011-09-07
  • [学会発表] Transport Properties in Bi_2Te_3 under High Pressure up to 8 GPa2011

    • 著者名/発表者名
      Mari EINAGA
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics
    • 発表場所
      Beijing International Convention Center
    • 年月日
      2011-08-10
  • [学会発表] Powder x-ray diffraction of BaFe_2As_2 under hydrostatic pressure2011

    • 著者名/発表者名
      Naoya Eguchi
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics
    • 発表場所
      Beijing International Convention Center
    • 年月日
      2011-08-10

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公開日: 2013-06-26  

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