東工大ら、新構造の酸化物イオン伝導体を発見

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東京工業大学らの研究グループが、新構造の酸化物イオン伝導体であるネオジム・バリウム・インジウム酸化物「NdBaInO4」を発見した。NdBaInO4の結晶構造の決定およびNdBaInO4における酸化物イオンの拡散経路の可視化にも成功した。酸化物イオン伝導体は固体酸化物形燃料電池や酸素濃縮器などに使われており、新材料発見はこれら機器の高効率化や新規酸化物イオン伝導体、電子材料の開発を促すと期待される。

NdBaInO4の精密化した結晶構造と酸化物イオン伝導経路。この構造は(i) A-O (Nd-O)ユニットおよび(ii) (A,A' )BO3 (= Nd2/8Ba6/8InO3)ペロブスカイトユニットから成る。酸化物イオン(O2-)伝導はA-O (Nd-O)ユニットにおいて起こる(図の⇔) (出所:東京工業大学)

NdBaInO4の精密化した結晶構造と酸化物イオン伝導経路。この構造は(i) A-O (Nd-O)ユニットおよび(ii) (A,A’ )BO3 (= Nd2/8Ba6/8InO3)ペロブスカイトユニットから成る。酸化物イオン(O2-)伝導はA-O (Nd-O)ユニットにおいて起こる(図の⇔) (出所:東京工業大学)

NdBaInO4の結晶構造解析にはJ-PARCに設置された茨城県の中性子回折装置、豪州ANSTOに設置された中性子回折装置、大型放射光施設SPring-8および高エネルギー加速器研究機構(KEK)放射光科学研究施設(PF)に設置された放射光X線回折計を用いた。

中性子および放射光X線粉末回折法および第一原理電子状態計算でNdBaInO4の結晶構造を調べた。中性子回折では酸素原子の位置パラメーターを正確に決めることができる。また、X線粉末回折データを用いてNdBaInO4の未知結晶構造解析を実行した。その結果、NdBaInO4の空間群は単斜晶系の P21/c であることが見いだされた。NdBaInO4の精密化した結晶構造は、A-希土類酸化物 A-O (Nd-O)ユニットと (A,A’)BO3 (Nd2/8Ba6/8InO3) ペロブスカイトユニットからなっている。このことは、新しいA/A’の陽イオンが規則化したペロブスカイト関連層状構造であることを示している。

東京工業大学理工学研究科物質科学専攻の八島正知教授、藤井孝太郎助教、茨城大学の石垣徹教授、星川晃範准教授、豪州原子力科学技術機構(ANSTO)のヘスタージェームス(James R. HESTER)博士らによる成果。2014年3月21日付けの Chemistry of Materials に論文が掲載されている。


東京工業大学の発表資料

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