利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22QS0118

利用課題名 / Title

遷移金属錯体水素化物 Li₂ReH₉ の最適合成条件探索

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

高密度水素化物,固体電解質,X線回折/X-ray diffraction,放射光/Synchrotron radiation

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

髙木成幸

所属名 / Affiliation

東北大学金属材料研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

安達淳

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

齋藤寛之,中平夕貴

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

QS-141：高温高圧プレス装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高水素配位錯体水素化物は、単一の遷移金属元素に多数の水素が配位した高水素配位錯イオンと、アルカリ金属やアルカリ土類金属の陽イオンからなるイオン結晶であり、理論計算により、優れたイオン輸送の発現が予測されている。本課題では、Reに9つのHが配位した錯イオンReH₉^2-と2つのLi⁺からなり、予備実験により存在が確認され、また理論計算により優れたリチウムイオン伝導特性が期待されるLi₂ReH₉の最適合成条件探索を目的とし、高温高圧水素化過程の放射光その場観察を実施した。

実験 / Experimental

【利用した装置】：高温高圧プレス装置
【実験方法】
東北大学金属材料研究所にて4:1の混合比でミリング処理したLiHとReの混合粉末を出発物質とし、SPring-8 BL14B1に設置された高温高圧その場観察システムを利用して、800℃、5GPaまでの温度圧力範囲にて高温高圧水素化過程のその場観察を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

今回行ったいずれの条件の合成実験においても、まず熱力学的に競合するLi₄ReH₁₁の形成が進行してしまい、目的とするLi₂ReH₉の単相合成には至らなかった。一方、3.5GPa以上の圧力領域においては時間経過とともにLi₄ReH₁₁が減少し、それにともないLi₂ReH₉の形成が進行する様子が観測された。本知見を参考に、東北大学金属材料研究所に設置された高温高圧合成装置を用いて引き続き条件探索を進めたところ、LiH:Re=3:1の混合比にて調整した出発物質において、725℃、5GPa、2時間の高温高圧水素化により、Li₄ReH₁₁を含まない高純度なLi₂ReH₉が得られることが明らかとなった。今後は未反応のLiHを有機溶媒洗浄にて除去したのち、交流インピーダンス測定によるリチウムイオン導電率評価を進める。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・公益財団法人村田学術進行財団研究助成「水素化物固体イオニクスの開拓」
・共同研究者：東北大学大学院環境科学研究科・安達淳
・齋藤寛之様（量子科学技術研究開発機構）、中平夕貴様（量子科学技術研究開発機構）、内海伶那様（兵庫県立大）の技術支援に感謝します。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件