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

基于离子传导现象的综合阐明开发新型双离子导体

基本信息

批准号：
21K14700
负责人：
及川格
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

今年，我们阐明了氧化物离子 - 普罗顿双离子导体NB周围的局部结构。 BA7NB4MOO20是一种具有分层结构的六边形钙钛矿相关的氧化物，并且某些层具有不确定的氧特异性特征，因为它们具有两个和六个配位的氧气的结构，这被认为是氧化物离子电导率和蛋白电导率的起源。由于离子传导层由四个配位的NB和MO组成，因此可以通过核磁共振（NMR）光谱阐明NB的局部结构，以提供可以导致离子传导机制的见解。但是，据我们所知，尚未进行任何研究来使用NMR光谱阐明离子导导层NB的局部结构，今年我们这样做了。制备了BA7NBMOO20和质子引入的样品的干燥样品，并进行了NMR测量以旋转93NB魔法角，因此，使用四协调的NB和六配位的NB观察到峰。由于离子传导层包含四协调的和六配位的NB，因此其余层仅包含六个配位的NB，因此发现可以通过分析4配合NB的局部结构变化来阐明离子传导层的结构与电导率之间的关系。将干燥样品与质子引入的样品进行比较，据表明，在质子引入的样品中，六协调的NB处的NMR峰显着变化，并且质子坐标为六配位的NB。今年的结果表明，使用93NB NMR光谱允许分析离子传导层的局部结构，这直接影响该材料的双离子电导率。此外，我们能够观察由于质子引入而引起的局部结构变化。从明年开始，我们计划阐明用过渡金属和离子电导率掺杂局部结构变化之间的关系，并获得知识，以帮助阐明该材料的离子电导率机制。