【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2025.04.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23QS0113

利用課題名 / Title

高温高圧下におけるバナジウム酸水素化物のアニオン秩序-無秩序相転移のメカニズム解明

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構 / QST

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

電極材料/ Electrode material,熱電材料/ Thermoelectric material,水素貯蔵/ Hydrogen storage,全固体電池/ All-solid battery,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)

山本 隆文

所属名 / Affiliation

東京工業大学フロンティア材料研究所

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

伊藤 龍寿,栃沢 晴希,佐原 広樹,松島 航暉,西久保 匠,廣岡 孝聡,Haoting Zhao

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

齋藤 寛之

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)

近年、酸化物イオン（O^2-）とヒドリド（H^-）を固体中に含む酸水素化物が、新しい物質群として、その物性に注目が集まっている。ペロブスカイト酸化物SrVO₃をCaH₂でトポケミカル還元して合成されるアニオン秩序型ペロブスカイト酸水素化物SrVO₂H は、ヒドリドがπ結合できないことを反映してc軸方向のV-H-V相互作用が面内のV-O-V相互作用に比べて弱く、擬二次元的な性質を示すことが知られている。このような観点から、SrVO₂HはSrCuO₂やNdNiO₂のような超伝導母体と構造的な類似性があり、ドーピングによる金属化が望まれる。提案者は最近、Na を20%置換したSrVO_3-xH_xの高温高圧合成に成功したが、得られた物質はアニオン無秩序型のペロブスカイト型構造であった 。また理論計算の結果から、アニオン秩序型の構造は高い高圧下で安定化することが期待され、かつ温度を上昇させるとエントロピーの観点から不安定化することが期待される 。このような観点から、アニオン秩序型Na置換SrVO₂Hを合成するには、適切な温度と圧力条件が必要となる。 本研究ではNa置換SrVO₂H試料を高温高圧で合成する過程をin-situで観察することによって, アニオン秩序型Na置換SrVO₂Hが合成可能な温度-圧力条件を探る。これによって, 超伝導など特異な現象が期待できるアニオン秩序型Na置換SrVO₂Hを得ることを目的とした。

実験 / Experimental

実験は、BL14B1設置のマルチアンビル型高圧装置SMAP-2を用いて行った。白色光モードにて、エネルギー分散法によるＸ線回折実験により、高圧下での試料を観察した。試料を白金カプセルに封入し、昇温用のグラファイトヒーター、測温用の熱電対とともにパイロフィライト製の高圧セルに組み込んだ。このセルをBL14B1据え付けの高圧発生装置SMAP-2を用いて、昇圧を行った。昇圧後、ヒーターに通電して昇温し、1000℃まで加熱後、回折パターンを取得しつつ、冷却し構造の変化を観察した。

結果と考察 / Results and Discussion

Na置換SrVO₂Hの3 GPaにおけるin-situ XRDパターンを図1に示す。冷却によって徐々に正方晶の割合が増えていっていることがわかる。この結果からおよそ600℃付近から立方晶から正方晶へ転移し始めることがわかった。なお徐冷をゆっくりにしても最終的に立方晶が20%程残ってしまうことも明らかとなった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. 3 GPaにおけるin-situ XRDパターン。1000℃から冷却したパターンの変化を示す。●が立方晶、▲が正方晶、■が不純物を示す。

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

本研究は、学術変革領域(A)「超セラミックス」によるサポートを受けました。また、本研究は量子科学技術研究開発機構の齋藤寛之博士との共同研究です。

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.

1. Haruki Tochizawa, Teppei Nagase, Takumi Nishikubo, Kei Shigematsu, Masaki Azuma, Takafumi Yamamoto, "Control of anion ordering in oxyhydrides under high pressure", The 14th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics（横浜市）, 令和6年10月8日.
2. 西久保匠, 廣岡孝聡, 酒井雄樹, 東正樹, "新規プロセスによる負熱膨張物質 BiNi1-xFexO3 のアモルファス前駆体の調整及び微細粒子の合成・評価", 日本セラミックス協会第37回秋季シンポジウム（名古屋市）, 令和6年9月12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