2015 Fiscal Year Annual Research Report
金属化合物の化学結合のエネルギー表現と水素貯蔵化合物の量子設計への応用
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25420695
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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, その他部局等, フェロー (50126950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10397466)
鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30152846)
湯川 宏 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50293676)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 原子化エネルギー / 水素貯蔵材料 / 金属化合物 / 化学結合 / 量子材料設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な化学結合をもつ各種金属化合物（ホウ化物、炭化物他）の化学結合を、「原子化エネルギー」を用いて表現し、いろいろな金属化合物をすべて同一の原子化エネルギーの視点から捉え直した。それを基に非金属元素側からの「量子材料設計基盤」を構築し、新規な「自動車用水素貯蔵化合物」の探索に応用することを目指した。以下の結果を得た。
３ｄ遷移金属M（Ti, Cr, Fe）の各種化合物（ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、フッ化物、硫化物）について、構成原子の原子化エネルギーを決定し、原子化エネルギー図を作成した。ホウ化物、炭化物、窒化物では、金属元素（M）の組成比率が高くなると、非金属元素X(=B,C,N)と金属元素（M）の原子化エネルギーは共に増加する。しかし、酸化物ではこれらとは違い、金属元素（M）の組成比率が高くなると、酸素(O)の原子化エネルギーは減少し、金属元素（M）の原子化エネルギーは増加する。一方、フッ化物では、原子化エネルギーは組成に対して酸化物と正反対の変化をする。硫化物では、原子化エネルギーの組成依存性は、金属元素（M）によって変わる。金属元素（M）の組成の外に、原子化エネルギーは、原子間距離、密度とも相関がある。このように、これまで個別に研究されることが多かった金属化合物を、同一の原子化エネルギーの新しい視点から見直した。
これらの成果を基に、非金属元素側からの量子材料設計のための基盤を構築した。この方法を水素貯蔵化合物の探索に応用し、ホウ素（B）を含む新規な水素貯蔵材料の設計を試みた。ボールミリング法などを用いて３成分マグネシウム化合物を作製し、水素貯蔵材料の探索のための新しい設計指針を得た。
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