金属―水素系の局所構造解析：結晶中に無秩序分布する局所格子膨張の直接観察

金属-氢系统的局域结构分析：直接观察晶体中无序分布的局域晶格膨胀

• 批准号: 21K04907
• 负责人: 伊藤 恵司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Okayama 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-21K04907/
• 关键词: 中性子回折; X線回折; 格子膨張; 水素吸蔵; 水素吸蔵合金; 水素; 結晶構造; ２体分布関数

2022年度には，重水素濃度の異なる3種類の試料（D/V=0.65，0.70，0.75）を作製し，中性子回折実験を行った。その結果，2体分布関数の0.17 nm付近にバナジウムと重水素の相関ピークが観察され，重水素濃度の増加に伴いバナジウム―重水素距離が大きくなることが明らかになった。今年度は，同一試料について，放射光X線回折実験を行い，ホストバナジウム構造の詳細解析を行った。X線回折実験は，BL04B2ランダム系ステーションの２軸回折計を用いて行われた。得られたデータをバックグラウンド補正，吸収補正および規格化を行い，構造因子を得た。構造因子をフーリエ変換することにより実空間の情報である2体分布関数を求めた。さらに，中性子回折実験の再測定を行い，データの再現性を確認した。得られた2体分布関数には，ホストバナジウムの体心立方構造に起因するピークがいくつか観察された。第１ピークはバナジウム原子の最隣接相関，第２ピークは格子定数に相当する。重水素濃度による第１ピークと第２ピーク位置の変化に大きな違いが観察され，この結果は，重水素吸蔵による格子膨張が不均一であり，水素が存在するサイト周囲の局所的格子膨張と関係していると考えられる。今後は，これらのX線データや中性子回折によって得られたバナジウム―重水素距離情報について，リバースモンテカルロ法や分子動力学法等のシミュレーションを利用することにより，水素原子周囲の局所的格子膨張の定量的解析を試みる。

2022年，制备了三种不同氘浓度（D/V=0.65、0.70、0.75）的样品，并进行了中子衍射实验。结果，在二体分布函数中在0.17nm附近观察到钒和氘之间的相关峰，并且表明钒-氘距离随着氘浓度增加而增加。今年，对同一样品进行了同步辐射X射线衍射实验，对主体钒结构进行了详细分析。 X射线衍射实验是在BL04B2随机系统站使用两轴衍射仪进行的。将获得的数据进行背景校正、吸收校正和归一化以获得结构因子。通过对结构因子进行傅里叶变换得到二体分布函数，它是实空间中的信息。此外，重新测量了中子衍射实验以确认数据的再现性。在获得的二体分布函数中观察到由于主体钒的体心立方结构而产生的几个峰。第一个峰对应于钒原子的最近邻相关性，第二个峰对应于晶格常数。根据氘浓度的不同，第一峰和第二峰位置的变化观察到很大差异，这一结果表明，由于氘储存而引起的晶格膨胀是不均匀的，并且与位点周围的局部晶格膨胀有关人们认为他们正在这样做。未来，我们将利用这些X射线数据和中子衍射获得的钒-氘距离信息，通过逆蒙特卡罗方法和分子动力学方法等模拟来量化氢原子周围的局域晶格膨胀。 。