水素拡散における表面効果と量子効果の解明

氢扩散中的表面效应和量子效应的阐明

• 批准号: 21H04650
• 负责人: 福谷 克之
• 金额: $ 27.37万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04650/
• 关键词: 水素; 拡散; 金属; 金属水素化物; 金属酸化物; トンネル効果; ゼロ点振動

表面を介した水素の拡散は，水素吸蔵材料における水素の吸放出や，燃料電池電解質におけるプロトン移動など水素をエネルギーとして利用するプロセスの素過程として重要である．また低温では，水素の低質量に起因した量子効果が顕著になるため基礎的な観点からも興味が持たれる．本研究では，低エネルギーイオンビームと抵抗測定を組み合わせたQuench-Recovery(QR)法と共鳴核反応法（NRA）を活用することで，水素拡散の表面効果と量子効果の詳細を解明することを目的としている．本年度は，エネルギー可変イオンビーム源の導入と抵抗測定によるQR法を整備し，金属Pdにおける水素拡散の研究を行った．Pd中では水素が～50Kで秩序無秩序転移を起こし，その際抵抗に異常が現れることが知られている．この50K異常にQR法を適用し，水素のホッピング頻度の温度依存性の測定を行った．また第一原理計算によるポテンシャルを求め，そのポテンシャル上での水素の量子状態解析を行った．さらに，低速イオンビーム照射を行うことで，準安定構造が形成されることを見出し，この準安定構造が安定構造へ緩和することを確認した．QR法を用いて緩和の温度依存性，同位体依存性計測に着手した．また二酸化チタン表面における水素拡散をNRAと理論計算により調べた．二酸化チタンには結晶多型が存在し，典型的なものとしてルチル型とアナターゼ型が存在する．NRAにより，水素の深さ分布を計測することで，拡散係数の評価に成功した．

The surface of the electrolyte is a medium for the absorption and release of water, and the electrolyte of fuel cells is a medium for the movement and production of water. The reason for the low quality of water is that the quantum effect is very basic. In this study, the combination of Quench-Recovery(QR) method and Nuclear Resonance Analysis (NRA) method was used to analyze the surface effect and quantum effect of water dispersion. This year, the introduction and resistance measurement of Pd, Pd and water element dispersion research was carried out.Pd and water element were found to be in disorder at ~50K. This 50K anomaly QR method is applicable to the determination of temperature dependence of water element frequency. The first principle calculation is to calculate the quantum state of water element. In addition, the quasi-stable structure is formed by low speed irradiation, and the quasi-stable structure is relaxed.QR method is used to moderate the temperature dependence and isotope dependence measurement. NRA theoretical calculation The crystal polytype exists in the diacid system, and the dispersion coefficient is evaluated successfully.

项目成果

イオンビーム，中性子線，X線を用いた材料中水素の高度解析

使用离子束、中子束和 X 射线对材料中的氢进行高级分析

• 发表时间: 2021
• 期刊: J. Hydrogen Energy Sys. Soc.
• 作者: Miyabi Imai-Imada;Hiroshi Imada;Kuniyuki Miwa;Yusuke Tanaka;Kensuke Kimura;Inhae Zoh;Rafael B. Jaculbia;Hiroko Yoshino;Atsuya Muranaka;Masanobu Uchiyama;Yousoo Kim;福谷克之,小澤孝拓,大友季哉,町田晃彦
• 通讯作者: 福谷克之,小澤孝拓,大友季哉,町田晃彦

Pd(210)表面に化学吸着した水素分子のオルト－パラ転換時間測定

Pd(210)表面化学吸附氢分子邻位-对位转化时间的测量

• 发表时间: 2021
• 作者: Hirokazu Ueta;Katsuyuki Fukutani
• 通讯作者: Katsuyuki Fukutani

Nd Nio3の水素化による金属絶縁体転移

Nd Nio3 氢化引起的金属-绝缘体转变

• 发表时间: 2021
• 作者: 松澤郁也;西谷侑将;小澤孝拓;Umar Sidik;服部梓;田中秀和;福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

Quantitative hydrogen state analysis in the leached layer of soda-lime-silica glass by combination of nuclear reaction analysis and C60-X-ray photoelectron spectroscopy

核反应分析与C60-X射线光电子能谱相结合定量分析钠钙硅玻璃浸出层中的氢态

• DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2021.121160
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Non-Crystalline Solids
• 影响因子: 3.5
• 作者: Suehara Michinori;Yamamoto Yuichi;Ogura Shohei;Fukutani Katsuyuki
• 通讯作者: Fukutani Katsuyuki

Resistance minimum due to Kondo effect and Anderson localization in PdHx ultrathin films

由于近藤效应和 PdHx 超薄膜中的安德森局域化，电阻最小

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中敬佑;南畑孝介;若林里衣;神谷典穂;後藤雅宏;T.Ozawa,R.Shimizu,T.Hitosugi,K.Fukutani
• 通讯作者: T.Ozawa,R.Shimizu,T.Hitosugi,K.Fukutani