構造制御に基づく新型プロトン伝導体の開発

基于结构控制的新型质子导体的开发

基本信息

批准号：
21K14701
负责人：
村上泰斗
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

プロトン伝導体はセンサーや燃料電池など幅広い応用により多大な研究があるが、研究対象は特定の結晶構造に限られていた。また、既存材料は高い伝導度を示すために化学置換が必要で安定・均一性に難があった。本課題では、申請者が新たに発見した中低温域（300～600℃）において化学置換無しで高い伝導度を示す新材料をもとに、関連物質において ①構造解析を駆使して伝導メカニズムを明らかにするとともに、②組成・構造の制御によりさらに高い伝導度を持つ組成の発見を目指した。一連の物質探索により、新型プロトン伝導体Ba2ScAlO5を発見した。同物質は従来のプロトン伝導体とは異なり、化学置換なしにも関わらず高いプロトン伝導度を示す。また、中性子回折測定データへの構造解析および第一原理分子動力学法計算により、プロトンが伝導するメカニズムを明らかにした。同内容は学術誌に投稿中である。また、同構造を持つ新物質の発見にも成功しており、こちらの成果も学術誌に投稿中である。さらに、高い酸化物イオン伝導度を示す六方ペロブスカイト関連酸化物において新型イオン伝導体の材料探索を行った。Ba7Nb4MoO20系材料において、Wドープにより酸化物イオン伝導度が向上し、同時にプロトン伝導度が著しく下がることを発見した。また、Taを置換した新物質において、酸化物イオン伝導度が上昇するとともに、化学安定性・電子的安定性が向上することを明らかにした。これらの成果は学術誌に発表済みである。

质子导体已被广泛研究用于传感器和燃料电池等广泛应用，但研究仅限于特定的晶体结构。此外，现有材料需要化学替代才能表现出高电导率，这使得稳定性和均匀性变得困难。在本项目中，基于申请人新发现的一种在中低温范围（300至600℃）无需化学取代即可表现出高导电性的新材料，我们将通过结构分析来阐明相关物质的导电机制。除了澄清这一点之外，我们的目标是（2）通过控制组成和结构来发现具有更高电导率的组合物。通过一系列的材料搜索，我们发现了一种新的质子导体Ba2ScAlO5。与传统的质子导体不同，这种材料尽管没有化学取代，但仍表现出高质子传导性。此外，通过中子衍射测量数据的结构分析和第一原理分子动力学计算，阐明了质子传导的机理。相同的内容目前正在提交给学术期刊。他们还成功发现了一种具有相同结构的新物质，目前成果正在提交给学术期刊。此外，我们在六方钙钛矿相关氧化物中寻找具有高氧化物离子电导率的新型离子导体。我们发现，在Ba7Nb4MoO20基材料中，W掺杂提高了氧化物离子电导率，同时显着降低了质子电导率。此外，发现Ta被取代的新材料的氧化物离子电导率以及化学和电子稳定性均有所提高。这些结果已经发表在学术期刊上。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

層状秩序型NiAs型ニクタイドの磁気特性

层状有序NiAs型磷族元素的磁性能

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Higashi Kentaro;Ochi Masayuki;Nambu Yusuke;Yamamoto Takafumi;Murakami Taito;Yamashina Naoya;Tassel Cedric;Matsumoto Yuki;Takatsu Hiroshi;Brown Craig M.;Kageyama Hiroshi;村上泰斗，齊藤伸，陰山洋
通讯作者：
村上泰斗，齊藤伸，陰山洋

A High Proton Conductor without Chemical Substitutions

无需化学替代的高质子导体