2020 Fiscal Year Annual Research Report
新しい酸化物イオン伝導体ファミリーの創製と伝導メカニズムの解明
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19K23647
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村上 泰斗 東京工業大学, 理学院, 特任助教 (60846509)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 酸化物 / 酸化物イオン伝導体 / プロトン伝導体 / 中性子回折測定 / 六方ペロブスカイト関連構造 / 構造解析 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで酸化物イオン伝導体の報告例が殆ど無かった六方ペロブスカイト関連酸化物に注目し、新規酸化物イオン伝導体の探索を行った。（１）六方ペロブスカイト関連酸化物Ba7Nb4MoO20に過剰酸素を導入した組成を固相法により合成し、伝導度を評価したところ、中低温で既存の材料を大幅に上回る高い酸化物イオン伝導度を示すことを見出した。さらに、中性子回折測定データへの構造解析により、酸化物イオンがBaの周りを二次元的に拡散することを示した。本物質は、高価な希土類元素を含まないことから燃料電池への応用が期待されており、企業との共同研究のほか、特許を取得し、論文の投稿を準備中である．また、還元雰囲気での安定性に優れた別組成の材料の合成にも成功しており、2021年3月の日本セラミックス協会の年会でトピックス講演に選出された。（２）新規酸化物イオン伝導体の探索を行う過程で、偶然にも六方ペロブスカイト関連酸化物Ba5Er2Al2ZrO13が中低温で高いプロトン伝導度を示すことを発見した。Ba5Er2Al2ZrO13は、プロトン伝導体としては珍しく化学置換なしで高いプロトン伝導度を示し、この原因がBa5Er2Al2ZrO13に元々含まれる酸素欠損層に由来することを、中性子回折測定データへの構造解析および結合原子価法により明らかにした。本成果は、米国の化学雑誌J. Am. Chem. Soc.に掲載されており、特許も出願中である。また、科学新聞でも記事として取り上げられた．また、同様のコンセプトに基づいて、関連物質においても高いプロトン伝導度を示す組成を発見しており、論文の投稿準備中である．
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