Novel synthesis method for inorganic materials: electrochemical cation substitution

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18897
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Issei 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60821717)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小俣 孝久 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80267640)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: イオン交換 / 準安定相 / 固溶体 / 物質探索 / 第一原理計算 / 無機材料合成

Outline of Final Research Achievements

The following two main results were obtained in this study. (1) We developed an electrochemical cation substitution method to synthesize new metastable phases: we synthesized a metastable (Li,Ag)AsO4 solid solution by substituting Ag for Li in Li3AsO4, and demonstrated that the electrochemical ion substitution is possible. (2) We have shown that it is possible to infer from first-principles calculations whether ion exchange between the oxide and the ionic crystal occurs or not, or whether a solid solution is formed.

Free Research Field

無機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化物とイオン結晶との間のイオン交換は準安定相を得るための合成手法として古くから用いられてきたが、イオン交換が生じるかどうかは実験的に検証するしかなかった。本研究では、電気化学的にイオンを強制的に注入する手法や、第一原理計算で適切なイオン源をスクリーニングする手法を開発した。これにより、準安定相をより広い組成範囲で探索することが可能となった。