高温高圧下における含水鉱物の構造変化と水素の結合状態に関する研究

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1)δ-AlOOHの対称性の決定ダイアスポア(α-AlOOH)の高圧相であるδ-AlOOHは、含水鉱物の中でも最も高圧まで安定に存在することのできる相の一つである。δ-AlOOHは、これまで粉末X線回折、単結晶X線回折、第一原理計算等の手法を用いてその構造が調べられてきたが、それぞれの研究手法によって異なる空間群が提案されていた。今回、δ-AlOOHの単結晶試料を川井型高温高圧発生装置を用いて18GPa、800℃の条件下で合成し、放射光X線を用いて、単結晶X線構造解析を試みた。その結果、室温常圧下におけるδ-AlOOHの空間群はP2_1nmであることを突き止めた。2)ギブサイトの高圧相η-Al(OH)_3の結晶構造の解明地殻に産する代表的な含水鉱物であるギブサイト[γ-Al(OH)_3]の高圧相η-Al(OH)_3は今から20年以上前にすでにその存在が明らかになっており、その結晶構造についていくつかの候補が報告されていたものの、これまで構造解析に成功した例はなかった。本研究では、その原因を高圧相の結晶性の悪さと対称性の低さにあると考え、ダイアモンドアンビルセルを用いた高圧下その場単結晶X線回折実験を試みた。その結果、20年以上決着の着かなかったη-Al(OH)_3の水素位置以外の結晶構造を決定することに成功した。3)δ-Al(OD)_3の結晶構造解析ギブサイトの高温高圧相δ-Al(OD)_3は、2)で挙げたη-Al(OD)_3の高温相であるが、δ-Al(OD)_3と同様、20年以上結晶構造は未知のままであった。今回、δ-Al(OH)3の粉末試料を川井型高温高圧発生装置を用いて18GPa、700℃の条件下で合成し、その粉末X線回折パターンから結晶構造を決定し、さらに最大エントロピー法を用いて電子密度を推定することで、水素位置を推定することができた。