「逆グロータス機構」に基づく高ヒドリドイオン伝導体の創成

基于“逆格罗图斯机理”的高氢阴离子导体的制作

• 批准号: 19J23505
• 负责人: 福井 慧賀
• 金额: $ 1.98万
• 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: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J23505/
• 关键词: イオン伝導; ヒドリドイオン; 酸水素化ランタン; 水素化イットリウムマグネシウム

水素の陰イオンであるヒドリドイオンはその高い反応性から化学合成およびエネルギー担体としての応用が期待される．本研究課題は酸水素化ランタン（LaH3－2xOx）におけるヒドリドイオン伝導機構を明らかにすることで固体中のイオン伝導について知見を深めるとともに，さらに高性能なヒドリドイオン伝導体の開発につなげることを目的としている．これまでの研究からLaH3－2xOxは酸素量（x）の減少に伴いヒドリドイオン伝導度が向上する一方，電子伝導性も合わせて大きくなりイオン輸率が低下することが判明している．この電子伝導性の起源は水素の脱離に伴って生じるギャップ内準位であると想定されたため，再水素化による水素欠陥の補償を試みた．その結果電子伝導性は2万分の1以下まで低減され，x = 0.1の組成において室温で1 mS/cmを超える高いヒドリドイオン伝導度を示すことが明らかとなった．この高伝導度の起源を探るため分子動力学シミュレーションにより伝導機構を調査したところ，酸素近傍（ランタンを介した第二近接位置）を占有する水素のサイト間移動は観察されない一方，酸素から離れた位置の水素は頻繁にサイト間を移動している様子が確認された．またヒドリドイオンの移動はランタン周りの回転運動とランタン間のホッピング運動に分けられ，これら２つの運動が協調的に起こることで伝導度に寄与する長距離拡散が起こると解釈できることがわかった．この伝導機構は回転運動がトリガーとなっているという点で水におけるプロトンのグロータス機構に類似しており，アニオンの伝導機構としてはこれまでに報告のない特異なものであるといえる．今後中性子散乱測定など実験的な側面からもさらなる分析を行うことで，この伝導機構が発現する要因などが明らかになると期待される．

The chemical synthesis of water and its derivatives are expected to be carried out in the future. This research topic is aimed at the development of high performance conductive materials in solid state. This study shows that LaH3 -2xOx decreases in acid content (x) with an increase in electron conductivity and a decrease in electron conductivity. The origin of this electron conduction is the separation of water elements, the generation of water elements, the determination of water elements, and the compensation of water elements. As a result, the electron conductivity is lower than 1 in 20,000, and the composition of x = 0.1 is higher than 1 mS/cm at room temperature. The origin of this high conductivity is explored by molecular dynamics, and the mechanism of conduction is investigated. The movement of water element between adjacent sites is investigated. The movement of the two sides of the road is divided into two parts: the movement of the two sides of the road is coordinated, the movement of the two sides of the road is coordinated, the movement of the two sides of the road is coordinated, and the movement of the two sides of the road is coordinated. The guiding mechanism of this kind is similar to the guiding mechanism of this kind, and the guiding mechanism of this kind is similar to the guiding mechanism of this kind. In the future, neutral particle scattering measurement will be carried out on the basis of analysis and analysis, and the transmission mechanism will be found in the future.

项目成果

酸水素化ランタンにおける中温域高速ヒドリドイオン伝導

氢氧化镧中的中温快速氢负离子传导

• 发表时间: 2021
• 期刊: セラミックス
• 作者: Fukui Keiga;Iimura Soshi;Wang Junjie;Tada Tomofumi;Honda Takashi;Ikeda Kazutaka;Otomo Toshiya;Hosono Hideo;飯村 壮史，福井 慧賀，細野 秀雄
• 通讯作者: 飯村 壮史，福井 慧賀，細野 秀雄

Fast H－ conduction in lanthanum oxyhydride LaH3－2xOx

氢氧化镧 LaH3－2xOx 中 H－ 的快速传导

• 发表时间: 2019
• 作者: Tachiki Keita;Kimoto Tsunenobu;Keiga Fukui
• 通讯作者: Keiga Fukui

Characteristic fast H- ion conduction in oxygen-substituted lanthanum hydride

• DOI: 10.1038/s41467-019-10492-7
• 发表时间: 2019-06-12
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Fukui, Keiga;Iimura, Soshi;Hosono, Hideo
• 通讯作者: Hosono, Hideo

酸水素化ランタン LaH3－2xOxの高速ヒドリドイオン伝導とその機構

氢氧镧LaH3-2xOx中氢阴离子的快速传导及其机理

• 发表时间: 2020
• 作者: Keiga Fukui;Soshi Iimura;Tomofumi Tada;Satoru Fujitsu;Masato Sasase;Hiromu Tamatsukuri;Takashi Honda;Kazutaka Ikeda,Toshiya Otomo;and Hideo Hosono;福井 慧賀
• 通讯作者: 福井 慧賀

室温で世界最高のヒドリドイオン（H－／水素陰イオン）伝導度を実現

室温下实现世界最高的氢负离子（H-/氢阴离子）电导率