ヒドリドのサイズ柔軟性を活かした新規ヒドリド導電物質の開発

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本研究では、複数のアニオンを組み合わせる「複合アニオン化」のコンセプトを基軸としたヒドリド（H-）イオン伝導体の開発を推進してきた。具体的には、アニオン秩序・無秩序転移を示す希土類酸水素化物LnHOに焦点を当て、アニオン秩序相でのみH-イオン伝導性を観測し、アニオン秩序に由来したボトルネックサイズの拡張が重要であることを明らかにした。また。六方晶水素化ハロゲン化物Ba2H3X（X = Cl, Br, or I）において高速ヒドリドイオン伝導を見出し、従来のイオン伝導体の設計指針である「ランダムな元素置換による高温相安定化」とは対照的な「アニオン秩序による高温相安定化」という新しい設計戦略を見出した。Ba2H3Xを起点に三ハロゲン固溶体Ba2H3(Cl,Br,I)の合成を行うことで、H－伝導性とハロゲン固溶に由来する化学無秩序の関連性を明らかにした。一般的に、Cl－とI－はその大きすぎるイオン半径差のため固溶できないイオンとして知られているが、Ba2H3(Cl,Br,I)固溶体においては、非常に高濃度な各ハロゲンの固溶に成功した。また、ハロゲン無秩序の増加に伴ってH－伝導度の活性化エネルギーが低下することを明らかにした。他に、イオン伝導性を示さなかったもののいくつかの新規物質の合成に成功した。PbFCl型BaHClは、30GPaまでの高圧下でPbCl2型の新規相へ構造相転移することを見出した。LnHSは、希土類Lnに依存して、S中心八面体をもつ2H型からS中心三角プリズムをもつ1H型へ構造変化することを明らかにした。第一原理計算から2H型と1H型構造がそれぞれイオン的および共有結合的な相互作用によって有利に安定化されることを明らかにした。