中性子およびX線回折による水素吸蔵結晶合金の局所構造観察の研究

吸氢晶体合金的中子和X射线衍射局部结构观察研究

• 批准号: 18760494
• 负责人: 伊藤 恵司
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760494/
• 关键词: 水素吸蔵; X線回折; 構造; 中性子回折; 水素吸蔵合金; 局所構造

【研究内容】本研究では,従来のブラッグピークに基づく結晶構造解析法ではなく、液体やアモルファスなどの非晶質材料の構造解析手法である"二体分布関数解析法"をバナジウム水素化物(β-V2H)の構造解析に適用し、V格子構造の詳細解明を試みた。すなわち、放射光X線回折実験により得られたβ-V2H粉末試料の回折データについて、バックグラウンドや試料吸収などの補正を行い、1原子あたりの散乱強度に規格化された構造因子を得た。さらに、構造因子をフーリエ変換することにより二体分布関数を得た。バナジウム水素化物(β-V2H)の二体分布関数から,V-V原子間距離を直接観察することで,水素吸蔵によるバナジウム格子構造の変化についての重要な情報を得ることに成功した。すなわち、バナジウム原子が理想的な格子位置から0.01nm変位して、水素原子と安定な距離を維持していることが明らかになった。【研究の意義および重要性】水素吸蔵合金の高容量化が求められている中、バナジウム系合金は水素吸蔵合金の中で最も高い理論水素吸蔵容量をもつことで注目されている。バナジウム系合金の更なる高容量化や水素吸放出特性の改善のためには、バナジウム水素化物についての基礎的研究で得られる情報が不可欠である。特に,水素化にともなうホストバナジウム格子構造の詳細解明、すなわち、理想的な格子位置からのV原子の"変位"の定量は,V-H間の相互作用を直接反映し,この値を正確に見積もることはバナジウム水素化物の安定性を考える上でとりわけ重要である。

[研究内容] 在本研究中，我们取代了传统的基于布拉格峰的晶体结构分析方法，而是应用了“二体分布函数分析方法”，即液体和非晶等非晶材料的结构分析方法，氢化钒（β-V2H），并试图阐明V晶格结构的细节。即，对通过同步辐射X射线衍射实验得到的β-V2H粉末样品的衍射数据进行背景、样品吸收等校正，得到标准化为每个原子的散射强度的结构因子。此外，通过对结构因子进行傅里叶变换，得到了二体分布函数。通过直接观察氢化钒（β-V2H）二体分布函数的V-V原子间距离，我们成功地获得了由于吸氢引起的钒晶格结构变化的重要信息。换句话说，钒原子从其理想晶格位置位移了 0.01 nm，以保持与氢原子的稳定距离。 [研究意义和重要性] 在需要更高容量的储氢合金的同时，钒合金因其在储氢合金中具有最高的理论储氢容量而受到关注。为了进一步提高钒基合金的容量并改善其吸放氢性能，通过氢化钒的基础研究获得的信息至关重要。特别是伴随氢化作用的主体钒晶格结构的详细阐明，即V原子相对理想晶格位置的“位移”的量化，直接反映了V-H之间的相互作用，并且很难准确估计这个值当考虑氢化钒的稳定性时尤为重要。