2018 Fiscal Year Annual Research Report
Energy Expression of the Chemical Bond between Atoms in Rare Earth Metal Compounds and Its Application to the Design of Hydrogen Storage Materials
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16K06711
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
森永 正彦 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, 特任フェロー (50126950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10397466)
鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30152846)
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
本間 智之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50452082)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 原子化エネルギー / 水素貯蔵材料 / 希土類化合物 / 化学結合 / マグネシウム合金 / 合金設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類化合物は、強磁性、超伝導など変化に富む物性を示す。例えば、超強力磁石や鉄系超伝導化合物などがあり、これらに含まれている非金属元素（例： B,F,Oなど）は、新しい機能発現の鍵を握っている。
本研究では、多様な化学結合をもつ希土類化合物（酸化物、ホウ化物など）の電子構造を計算し、原子化エネルギーを用いて化学結合を表現すことを目指した。ただし、原子化エネルギーとは、化合物中の構成原子を気体のようなバラバラな中性孤立原子にするのに要するエネルギーのことである。原子化エネルギーを通して、「構成原子の顔」が見え、材料設計に有用である。しかし、希土類化合物では、3d遷移金属化合物などとは違い、一電子近似が必ずしも成り立たず、電子間の相関が強く働くため、現在、その詳細な解析を試みている。
また、これまでに得られている金属化合物の原子化エネルギーの考え方を、水素貯蔵材料の探索に初めて応用し、非金属元素を含む新規な3成分マグネシウム化合物を設計した。そして、ボールミリング法や高圧ねじり加工法を用いて、希土類元素（Gd)を含む3成分マグネシウム合金を実際に作製し、水素吸蔵実験、Ｘ線回折実験、電子顕微鏡観察などを行った。その結果、希土類金属のガドリニウム(Gd)を含むMg-Gd-Si系合金において、その水素化時にマグネシウム水素化物（MgH2）とガドリニウム水素化物（GdH2）に分相しないマグネシウム化合物があることを見出した。非金属元素のSiの添加は、マグネシウム化合物の水素化の際に問題となる分相の防止に極めて有効であることを明らかにした。
このように、電子レベルからの考え方に基づいて、将来の水素利用社会の実現にとって有用な水素貯蔵材料の開発のための設計指針を導出した。
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Research Products
(4 results)
