【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS1004

利用課題名 / Title

希土類および遷移金属で置換したゼオライト粒子の磁場配向挙動の解明

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

ゼオライト, 遷移金属, イオン交換, 磁場配向、透光性

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)

松田 元秀

所属名 / Affiliation

熊本大学大学院先端科学研究部

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

志田賢二

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

藤原基靖,宮島瑞樹,伊木志成子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

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

MS-220：SQUID (MPMS3 DC)

報告書データ / Report

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

本申請は2021年度以降、継続してご採択頂いている採択課題「遷移金属で置換したゼオライト粒子の磁気特性の解明」により得られた知見を基に、希土類および遷移金属で置換したゼオライト粒子の磁場配向挙動の解明を試みる研究課題である。従来のゼオライト配向膜の作製には水熱合成時の反応条件の制御や、構造指向剤の利用など様々な化学的手法が提案されている。しかし、これらの手法は適用可能なゼオライト種が限定されている。一方、我々の研究室では、結晶の磁気異方性を利用したゼオライトの磁場配向プロセスを開発している。一般にゼオライトは磁性を有しておらず磁場配向プロセスは適用できないが、本プロセスではゼオライトのイオン交換特性を利用し磁性を有する金属イオンを導入することにより磁場により配向するゼオライトの作製に成功している（１，２）。 これまでにゼオライト種をSSZ13、モルデナイトに変更し、希土類元素、遷移金属元素のイオン交換を試みている。SQUID測定よりゼオライト種をSSZ13、モルデナイトに変更しても常磁性を示す事が明らかとなった。またこれらゼオライト粒子が磁場配向をすることを確認している。また置換する金属イオン濃度、イオン交換反応温度が磁気特性に及ぼす影響についても検討し、最適な条件について明らかにしてきた。本申請課題では、ゼオライト中に置換する元素の種類と濃度、印加する磁場の強さと方向がゼオライト粒子の配向挙動にどのように影響するかスピンエレクトロニクスの観点から実験的に解明することを目的とした。

実験 / Experimental

自機関において市販のNa⁺タイプのX 型ゼオライト粉末と硝酸ニッケル水溶液を反応させNi イオン導入X 型ゼオライト粉末を得た。得られた粉末試料は、3%H₂/Arガス雰囲気下において600℃で2 時間熱処理した。試料の生成相はX 線回折分析、Ni イオンの交換率は蛍光X 線分析にて調べた。磁化率は分子科学研究所機器センターにおいてSQUID（MPMS-3） にて評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

出発原料であるNaX 粉末およびNiを置換したNiX 粉末のXRD パターンを比較したところ、Ni イオン交換処理後もピーク位置の変化は見られず、さらに不純物ピークも見られないことから、イオン交換処理後もゼオライト構造が維持されていることが分かった。見積もられたNi イオン交換率は79%であった。一方、3%H₂/Ar ガス雰囲気下で熱処理されたNiX-H₂ では、Ni由来のピークが観測された。Fig. 1 に各試料の室温におけるM-H 特性を示す。イオン交換で得たNiX は印加磁場の増加とともに磁化は直線的に増加し、常磁性を示すことが分かった。一方3%H_2/Ar ガス雰囲気下で熱処理することによって得たNiX-H₂ について、残留磁化と保磁力を伴うヒステリシスが観測され、強磁性としての磁気特性を示すことが分かった。今回の検討結果より、遷移金属で置換したゼオライト粒子の熱処理によって磁気特性（常磁性と強磁性）を制御できる可能性を見出した。これらの知見を基にゼオライト粒子の磁場配向挙動について引き続き継続して解明する計画である

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 M-H curves of (－)NiX and (－)NiX-H₂ at 300K.

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

参考文献(1) Tomomi Tabata, Anna Nagai and Motohide Matsuda, Magnetic orientation behavior of L-type zeolite with rare-earth elements under low magnetic field, Dalton Trans., 2022, 51 ,9601–9605 (2) Anna Nagai, Ryosuke So, Kenji Shida, Toru. S. Suzuki, Motohide Matsuda, Orientation of Co²⁺ and Cu²⁺ ions introduced L-type zeolite observed with a magnetic field, Microporous and Mesoporous Mater., 2025, 381, 113324

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.

1. 工藤涼真、志田賢二、連川貞弘、松田元秀“磁性イオン導入X型ゼオライトの磁気特性”日本セラミックス協会2025年会、令和7年3月5日

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