六方ペロブスカイト関連構造をもつ新型超イオン伝導体の探索と構造物性研究

寻找具有六方钙钛矿相关结构的新型超离子导体及结构性能研究

• 批准号: 20J23124
• 负责人: 安井 雄太
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23124/
• 关键词: 結晶構造; 規則・不規則性; 核磁気共鳴; X線回折; 中性子回折; イオン伝導体; 第一原理計算; 共鳴X線回折; 六方ペロブスカイト; 放射光X線回折; 燃料電池; その場観察; 不規則性(ディスオーダー); 酸化物; イオン伝導経路; 高温その場; スクリーニング; 六方ペロブスカイト関連構造

元素の占有規則・不規則性は材料の性質に大きな影響を与える。したがって、占有規則・不規則性を定量的に解析することは重要である。本年度はトップクラスのイオン伝導度をもつ新たな六方ペロブスカイト関連酸化物Ba7Nb4MoO20.15H0.3に対し、共鳴X線回折(RXRD)と固体核磁気共鳴(NMR)を組み合わせた新たな手法RXRD/NMR法を用いることで、隠されたMoの規則占有を解明した。さらに第一原理計算を行うことで、この隠れていたMoの占有規則が高いイオン伝導度に関わっていることが判明した。この結果は今後さらなる革新的なイオン伝導体を探索するための指針、およびイオン伝導メカニズムを研究するための基礎になりうる。本研究で新たに作られたRXRD/NMR法は、通常使われるX線や中性子回折実験では隠れてしまう約270種の元素の占有規則・不規則性を解明できる。RXRD/NMR法は粉末・多結晶材料に幅広く適用できる汎用性が高い手法であり、占有規則・不規則性を解明するための新しい道を切り拓いたと言える。この成果は高く評価され、Nature Comm.に掲載された。また、Ba7Nb4MoO20のNbの一部をWに置換することで、プロトン伝導度を抑えて酸化物イオン伝導度を向上した物質Ba7Nb3.85W0.15MoO20.075を発見した。この新材料は化学的安定性も高い新材料であり、燃料電池などの応用につながる可能性がある。以上の成果より、六方ペロブスカイト関連構造をもつイオン伝導体を発見すること、およびその結晶構造とイオン伝導度の関係を明らかにすることができた。新たに作り出したRXRD/NMR法は材料科学へ資するところが大きい。したがって、当初の計画以上に進展していると言える。

Element occupation rules, irregularities, material properties, large influence, and. Quantitative analysis of occupancy rules and irregularities In this year, the new method of RXRD/NMR was used to analyze the rule of Mo occupation in the hexagonal complex Ba7Nb4MoO20.15H0.3. The first principle of calculation is to determine the occupancy rule of Mo. The result is that the future of innovation in the field of communication and communication is the basis for research. In this study, XRD/NMR method was used to explain the regular and irregular occupation of about 270 elements. RXRD/NMR method is applicable to powder and polycrystalline materials. The results of this study were published in Nature Comm. Ba7Nb4MoO20 and Nb are partially replaced by W. The conductivity of the compound is increased by Ba7Nb3.85W0.15MoO20.075. This new material has high chemical stability and high possibility of fuel cell application. The above results show that the hexagonal structure is related to the conductor, and the crystal structure is related to the conductor. The new XRD/NMR method is a scientific tool for materials science. The original plan is progressing.

项目成果

High Oxide-ion Conductivity and Ion-Diffusion Pathway in Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05

Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05 中的高氧离子电导率和离子扩散路径

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuta Yasui;Takafumi Tsujiguchi;Yuichi Sakuda;Kotaro Fujii;Masatomo Yashima;Shuki Torii;Takashi Kamiyama;Yu Zhou;Stephen J. Skinner
• 通讯作者: Stephen J. Skinner

高酸化物イオン伝導体Ba7Nb4MoO20 系材料の発見とイオン拡散機構

Ba7Nb4MoO20基高氧离子导体材料及离子扩散机理的发现

• 发表时间: 2021
• 作者: Kluczny Pawel Maksymilian;Tatsumi Ishihara;八島正知;藤井孝太郎，村上泰斗，八島正知，萩原雅人，鳥居周輝，齊藤高志，神山崇，池田一貴，大友 季哉，大原高志;八島 正知，辻口 峰史，作田 祐一，安井 雄太，藤井 孝太郎，村上 泰斗，柴田 稔也，鳥居 周輝，神山 崇，Zhou Yu，Skinner Stephen J.
• 通讯作者: 八島 正知，辻口 峰史，作田 祐一，安井 雄太，藤井 孝太郎，村上 泰斗，柴田 稔也，鳥居 周輝，神山 崇，Zhou Yu，Skinner Stephen J.

Ba3MNbO8.5(M=W,Mo)における酸化物イオンの占有不規則性、 イオン拡散経路とイオン伝導度

Ba3MNbO8.5 (M=W,Mo) 中氧离子占据无序、离子扩散路径和离子电导率

• 发表时间: 2022
• 作者: 安井 雄太;辻口 峰史;作田 祐一;James R. Hester;八島 正知
• 通讯作者: 八島 正知

Ba3WNbO8.5における酸化物イオン拡散経路の可視化-酸素の占有不規則化によるイオン伝導度の向上-

Ba3WNbO8.5 中氧化物离子扩散路径的可视化 -由于无序氧占据而提高离子电导率 -

• 发表时间: 2021
• 作者: 安井 雄太;藤井 孝太郎;村上 泰斗;辻口 峰史;James R. Hester;八島 正知
• 通讯作者: 八島 正知

六方ペロブスカイト関連構造を持つ高い酸化物イオン伝導体における伝導経路の解明

阐明具有六方钙钛矿相关结构的高氧离子导体中的传导路径

• 发表时间: 2022
• 作者: 城島一暁，;安井 雄太;八島 正知
• 通讯作者: 八島 正知