高温(〜1500℃)NMR法で見る無機物質の機能と構造

利用高温（~1500℃）NMR方法观察无机物的功能和结构

• 批准号: 10750536
• 负责人: 前川 英己
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750536/
• 关键词: 高温; NMR測定; プロトン伝導性; ペロブスカイト型化合物; 合成亜鉛スピネル; 結晶席交換反応; シリケート; アルミノシリケート; 無機物質; 固体電解質; 融体; ガラス; NMR法

研究計画に基づき、無機セラミックス材料、ガラス・融体についての高温下NMR測定により以下の結果を得た。高温下でプロトン伝導性を示す一連のペロブスカイト型化合物について室温から1000℃程度までの温度下での水素-1核NMRその場測定を行った。NMRスペクトルおよび緩和時間の温度依存性について添加イオン濃度の影響を中心に一連の測定を行った。その結果、測定した温度領域(室温〜500℃)においてプロトン伝導が全電気伝導を支配していることが明らかとなった。この結果についてはSolid State Ionics122(1999)231-236に掲載された。一方、機能性無機材料の基本構造であるスピネル型構造について鉱物のスピネルおよび合成亜鉛スピネル中の、興味深い現象であるアルミニウムイオンの結晶席交換反応について、その反応速度をアルミニウム-27核のNMR測定により観測した。これにより、4配位席と6配位席の間の交換反応の正反応と逆反応の速度をはじめて正確に決定した。また、その比は平衡時での4配位席と6配位席の割合をよく再現することがわかった。この結果についてはJ.Am.Ceram.Soc.82(7)(1999)1844-1848に掲載された。典型的無機ガラス材料であるシリケート、およびアルミノシリケートに対する水の影響について酸素-17核を同位体濃縮した試料を合成し、NMR法を適応した。その結果、ガラス中の水酸基および水分子を2次元NMR法を用いて分離、定量できることを明らかにした。この結果はJ.Am.Chem.Soc.120(1998)9894-9901に掲載された。また、高温で溶融状態のケイ酸塩のケイ素-29核の測定結果について、レビューの一部としてJ.Mol.Liquids83(1999)311-326にまとめた。

根据研究计划，我们对无机陶瓷材料、玻璃和熔体进行高温核磁共振测量，得到了以下结果。在室温至约 1000°C 的温度下对一系列在高温下表现出质子传导性的钙钛矿型化合物进行了原位氢 1 核磁共振测量。对 NMR 谱和弛豫时间的温度依赖性进行了一系列测量，重点关注添加离子浓度的影响。结果表明，在测量的温度范围（室温至 500°C）内，质子传导主导了总电传导。该结果发表在 Solid State Ionics 122 (1999) 231-236 上。另一方面，对于作为功能性无机材料的基本结构的尖晶石型结构，我们通过NMR测量研究了铝离子交换反应的反应速率，铝离子交换反应是矿物尖晶石和合成锌尖晶石中有趣的现象观察到铝27原子核。结果，首次准确测定了4和6配位点之间的正向和反向交换反应速率。还发现该比率紧密再现了平衡时 4 配位位点与 6 配位位点的比率。该结果发表在 J.Am.Ceram.Soc.82(7)(1999)1844-1848 上。为了研究水对硅酸盐（一种典型的无机玻璃材料）和铝硅酸盐的影响，合成了富含同位素的氧 17 核样品并应用 NMR 方法。结果表明，可以使用二维NMR方法对玻璃中的羟基和水分子进行分离和定量。该结果发表在J.Am.Chem.Soc.120(1998)9894-9901上。此外，J. Mol Liquids 83 (1999) 311-326 中总结了高温熔融状态硅酸盐中硅-29 核的测量结果，作为综述的一部分。

项目成果

Z.Xu: "Oxygen Speciation in Hydrous Silicate Glasses -An Oxygen-17 NMR Study"J. Am. Chem. Soc.. 120(38). 9894-9901 (1998)

Z.Xu：“水合硅酸盐玻璃中的氧形态 - 氧 17 NMR 研究”J。

T.Nakanishi: "Redox Potential of Mo(VI)/Mo in Alkali Borate Melts"Mat.Trans. JIM,. 39(3). 399-403 (1998)

T.Nakanishi：“碱硼酸盐熔体中 Mo(VI)/Mo 的氧化还原电位”Mat.Trans。

N.Kashii: "Dynamics of the Cation Mixing of MgAl_2O_4 and ZnAl_2O_4 Spinel"J. Am. Ceram. Soc.. 82(7). 1844-1848 (1999)

N.Kashii：“MgAl_2O_4 和 ZnAl_2O_4 尖晶石的阳离子混合动力学”J。

T.Yokokawa: "Equilibrium of O^<2-> + O^0= 2O^- in Oxide Melts Examination of Its Reality by Three Approaches"J. Mol. Liquids.. 83. 311-236 (1999)

T.Yokokawa：“氧化物熔体中 O^<2-> O^0= 2O^- 的平衡通过三种方法检验其真实性”J。

T.Sakurada: "Cu(II)/Cu(I)/Cu Redox in Alkali Borate Melts" Materials Transactions,JIM. 39(7). 740-746 (1998)

T.Sakurada：“碱硼酸盐熔体中的 Cu(II)/Cu(I)/Cu 氧化还原”Materials Transactions，JIM。