新構造の酸化物イオン伝導体を発見 中性子と放射光で構造決定・イオンの流れを可視化

要点

• 新しい結晶構造（原子配列）を持つ酸化物イオン伝導体グループ（新構造ファミリー）NdBaInO₄(ネオジム・バリウム・インジウム酸化物)を発見
• 室温～1000℃まで①(Nd,Ba)InO₃ペロブスカイトユニットと②A-希土類酸化物Nd-Oユニットから成る結晶構造であることを中性子と放射光で解明(図1)
• Nd-Oユニット内を酸化物イオンが二次元的に移動することを見出す(図1)

概要

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)博士らの研究グループは、酸化物イオン伝導体（用語1）の新しい構造ファミリーであるネオジム・バリウム・インジウム酸化物「NdBaInO₄」（用語2）を発見した。NdBaInO₄の結晶構造（用語3）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(図1)。

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。

図1：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 (= Nd_2/8Ba_6/8InO₃)ペロブスカイトユニットから成る。酸化物イオン(O^2-)伝導はA-O (Nd-O)ユニットにおいて起こる(図の⇔)。

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  「新構造の酸化物イオン伝導体を発見 中性子と放射光で構造決定・イオンの流れを可視化－燃料電池やセンサー、電子材料などの高性能化に威力－」
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