イオン伝導現象の包括的解明に基づく新規デュアルイオン伝導体の開発

本年度は酸化物イオン‐プロトンデュアルイオン伝導体であるBa7Nb4MoO20のNb周囲の局所構造の解明を行った。Ba7Nb4MoO20は層状構造を持つ六方晶ペロブスカイト関連酸化物であり、一部の層が酸素の4配位、および6配位の2つの構造を取るため酸素不定比性を有し、それが酸化物イオン伝導性とプロトン伝導性の起源になっていると考えられている。イオン伝導層は4配位、および6配位のNbとMoから成り立っているため、Nbの局所構造を核磁気共鳴(NMR)分光法で明らかにすることでイオン伝導メカニズムの解明につながる知見が得られる。しかし、これまでにイオン伝導層のNb局所構造をNMR分光法で明らかにした研究は知る限り行われておらず、今年度にそれを行った。Ba7NbMoO20の乾燥試料とプロトン導入試料を作製し、93Nbマジック角回転NMR測定を行った結果、4配位Nbと6配位Nbによるピークの観測に成功した。イオン伝導層には4配位、6配位Nbが含まれ、それ以外の層には6配位Nbのみが含まれるため、4配位Nbの局所構造変化を解析することでイオン伝導層の構造と伝導性との関係を明らかにできると分かった。乾燥試料とプロトン導入試料を比較すると、プロトン導入試料では6配位NbのNMRピークの変化が顕著であり、プロトンは6配位Nbに配位することが明らかになった。本年度の成果より、93Nb NMR分光法を用いることで、この材料のデュアルイオン伝導性に直接影響するイオン伝導層の局所構造を解析できることが分かった。さらに、プロトン導入によるNb局所構造変化の観測も達成できた。次年度以降では、遷移金属などをドープした際の局所構造変化とイオン伝導性の関係を明らかにし、この材料のイオン伝導メカニズム解明につながる知見を得る予定である。

本年度は酸化物イオン‐プロトンデュアルイオン伝導体であるBa7Nb4MoO20のNb周囲の局所構造の解明を行った。Ba7Nb4MoO20は層状構造を持つ六方晶ペロブスカイト関連酸化物であり、一部の層が酸素の4配位、および6配位の2つの構造を取るため酸素不定比性を有し、それが酸化物イオン伝導性とプロトン伝導性の起源になっていると考えられている。イオン伝導層は4配位、および6配位のNbとMoから成り立っているため、Nbの局所構造を核磁気共鳴(NMR)分光法で明らかにすることでイオン伝導メカニズムの解明につながる知見が得られる。しかし、これまでにイオン伝導層のNb局所構造をNMR分光法で明らかにした研究は知る限り行われておらず、今年度にそれを行った。Ba7NbMoO20の乾燥試料とプロトン導入試料を作製し、93Nbマジック角回転NMR測定を行った結果、4配位Nbと6配位Nbによるピークの観測に成功した。イオン伝導層には4配位、6配位Nbが含まれ、それ以外の層には6配位Nbのみが含まれるため、4配位Nbの局所構造変化を解析することでイオン伝導層の構造と伝導性との関係を明らかにできると分かった。乾燥試料とプロトン導入試料を比較すると、プロトン導入試料では6配位NbのNMRピークの変化が顕著であり、プロトンは6配位Nbに配位することが明らかになった。本年度の成果より、93Nb NMR分光法を用いることで、この材料のデュアルイオン伝導性に直接影響するイオン伝導層の局所構造を解析できることが分かった。さらに、プロトン導入によるNb局所構造変化の観測も達成できた。次年度以降では、遷移金属などをドープした際の局所構造変化とイオン伝導性の関係を明らかにし、この材料のイオン伝導メカニズム解明につながる知見を得る予定である。