リジッドな結晶骨格を持ったフッ化物イオン伝導体の開発

刚性晶体骨架氟离子导体的研制

• 批准号: 21K04659
• 负责人: 岡 研吾
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04659/
• 关键词: 複合アニオン化合物; フッ化物イオン; イオン伝導; 層状化合物; アパタイト; 構造相転移; 負熱膨張; 酸フッ化物; 複合アニオン; トポタクティックな反応; リートベルト解析

本研究では、リジッドな結晶骨格をもつ新しいフッ化物イオン伝導体の研究を行っている。2022年度は、加熱装置を導入し、最大で700 Kの温度まで加熱し、イオン伝導度を則的できる装置の立ち上げを行った。イオン伝導度のような、動的な性質を調べるためには、温度依存性を明らかにすることが不可欠である。これでイオン伝導度を評価できる環境を整えることができた。また、物質としては、アパタイト型化合物Pb5(VO4)3Fや、層状化合物Bi2VO5FとBi3SrO5Fに着目し研究を行った。アパタイト型化合物Pb5(VO4)3Fについては、構造解析の結果より、フッ化物イオンが結晶c軸方向に大きく変位し、遍歴しているような振る舞いを見いだすことに成功した。また、合わせてこの物質が低温でフッ化物イオンの結晶学的サイトが固定される常誘電-反強誘電転移に伴い、巨大な負熱膨張を発現することも発見した。この振る舞いもまた、結晶内でのフッ化物イオンのダイナミクスと密接に結びついていると考えられ、フッ化物イオンの結晶内での伝導は、伝導度のみならず構造的な特性にも特異的な変化をもたらす可能性があることが示唆された。層状化合物Bi2VO5FとBi3SrO5Fについては、試料を合成する際に、条件によって格子定数が大きく変化することがわかった。これは、結晶内に存在するフッ化物イオン量の違いを反映していると考えられる。Bi2VO5Fを合成する際に、フッ素源としてポリフッ化ビニリデンを加えて加熱処理をすると、再現性よく試料が合成できることがわかった。ポリフッ化ビニリデンを加えることで、フッ化物イオンの分圧を安定的に再現することが可能になったためであると考えられる。フッ化物イオンの不定比性は、高いイオン伝導性を示唆する結果であると考えられる。現在、合成条件を変えた試料を用いて、イオン伝導度と結晶構造の関係を調べている。

在这项研究中，我们正在研究一种具有刚性晶体骨架的新型氟离子导体。 2022财年，我们安装了最高温度为700 K的加热装置，并设置了可以调节离子电导率的装置。为了研究离子电导率等动态特性，必须澄清温度依赖性。这使我们能够创造一个可以评估离子电导率的环境。此外，还重点研究了磷灰石型化合物Pb5(VO4)3F、层状化合物Bi2VO5F和Bi3SrO5F。对于磷灰石型化合物Pb5(VO4)3F，根据结构分析的结果，我们成功地发现了氟化物离子在晶体c轴方向上大量移位并出现徘徊的行为。他们还发现，由于顺电-反铁电转变，氟离子的晶体位点被固定，这种材料在低温下表现出巨大的负热膨胀。这种行为也被认为与晶体内氟离子的动力学密切相关，并且晶体内氟离子的传导不仅导致电导率而且导致结构性质的特定变化。对于层状化合物Bi2VO5F和Bi3SrO5F，发现晶格常数根据样品合成期间的条件而发生显着变化。这被认为反映了晶体内存在的氟离子数量的差异。结果发现，在合成Bi2VO5F时，通过添加聚偏二氟乙烯作为氟源并进行热处理，可以以良好的重现性合成样品。这被认为是因为添加聚偏二氟乙烯使得可以稳定地再现氟离子的分压。氟离子的非化学计量性质被认为是表明高离子电导率的结果。目前，我们正在利用不同合成条件下制备的样品研究离子电导率与晶体结构之间的关系。

项目成果

アパタイト構造物質の組成制御における結晶構造解析とイオン伝導特性

磷灰石结构材料成分控制中的晶体结构分析和离子传导特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田慎吾;中谷真大;小林靖之;西木 渉・岡 研吾・岩崎 光伸
• 通讯作者: 西木 渉・岡 研吾・岩崎 光伸

Spin reorientation in layered perovskite oxyfluoride Pb3Fe2O5F2

层状钙钛矿氟氧化物 Pb3Fe2O5F2 中的自旋重新取向

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Oka;Y. Nambu;M. Ochi;N. Hayashi;Y. Kusano;T. Aoyama;Y. Ishii;K. Kuroki;S. Mori;M. Takano;N. Noma;M. Iwasaki and H. Kageyama
• 通讯作者: M. Iwasaki and H. Kageyama

Exploring novel functional properties arose from anion order in mixed anion compounds

探索混合阴离子化合物中阴离子顺序产生的新功能特性

• DOI: 10.2109/jcersj2.21070
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: 池田慎吾;中谷真大;小林靖之;OKA Kengo
• 通讯作者: OKA Kengo

Anionic order in Pb2Ti4O9F2 Revisited by nuclear magnetic resonance and density functional theory

通过核磁共振和密度泛函理论重新审视 Pb2Ti4O9F2 中的阴离子顺序

• DOI: 10.1039/d2dt00839d
• 发表时间: 2022
• 期刊: Dalton Transactions
• 影响因子: 4
• 作者: Oka Kengo;Ichibha Tom;Kato Daichi;Noda Yasuto;Tominaga Yusuke;Yamada Kosei;Iwasaki Mitsunobu;Noma Naoki;Hongo Kenta;Maezono Ryo;Reboredo Fernando A.
• 通讯作者: Reboredo Fernando A.

Site preference of fluoride anion and potential ionic conductivity in fluorapatites <i>A</i>₅(VO₄)₃F (<i>A</i> = Pb, Sr, and Ba)

氟磷灰石中氟阴离子的位点偏好和潜在离子电导率<i>A</i>₅(VO₄)₃F (<i

• DOI: 10.2109/jcersj2.21092
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: OKA Kengo;NISHIKI Wataru;TAKASU Miho;NOMA Naoki;IWASAKI Mitsunobu
• 通讯作者: IWASAKI Mitsunobu