室温で世界最高のヒドリドイオン (H/水素陰イオン) 伝導度を実現

- 低炭素社会に向けた物質生産プロセスの革新や燃料電池の開発に貢献 -

東京工業大学
物質・材料研究機構 (NIMS)
科学技術振興機構 (JST)

東京工業大学 物質理工学院 材料系の福井慧賀大学院生、元素戦略研究センターの細野秀雄栄誉教授、NIMSの飯村壮史主任研究員、横浜市立大学のイスカンダル・アルベルト特任准教授、九州大学の多田朋史教授の研究グループは、水素陰イオンである高濃度のヒドリドイオン (H) を含む、xの値を0.25未満に抑えた酸水素化ランタン (LaH3−2xOx) を創出し、室温で世界最高のイオン伝導度を達成した。

概要

東京工業大学 物質理工学院 材料系の福井慧賀大学院生、元素戦略研究センターの細野秀雄栄誉教授、物質・材料研究機構の飯村壮史主任研究員、横浜市立大学のイスカンダル・アルベルト特任准教授、九州大学の多田朋史教授の研究グループは、水素陰イオンである高濃度のヒドリドイオン (H) を含む、xの値を0.25未満に抑えた酸水素化ランタン (LaH3−2xOx) を創出し、室温で世界最高のイオン伝導度を達成した。

水素がイオン化する場合、通常は正の電荷をもつプロトン (H+) となるが、負の電荷をもつヒドリドイオン (H) にもなる。このヒドリドイオンは、還元力の高さやアミドやカルボン酸を水素化できる化学活性など、プロトンにはない独自の性質をもっている。

本研究における室温でのヒドリドイオン伝導度 (~10−3 Scm−1) は従来に比べて1,000倍以上高く、プロトンの固体電解質の伝導度に匹敵する。ヒドリドイオンの高い還元能や化学反応活性を活かすことで、二酸化炭素等の再資源化を可能にする化学合成プロセスや高エネルギー密度の次世代電気化学デバイスへの応用が期待される。

本研究成果は1月24日 (米国時間) に米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」に速報として掲載された。


「プレスリリース中の図 :  (a) 水素リッチLaH3−2xOxの水素処理。固体水素源を用いることでボンベから供給される高純度水素ガスよりも簡易的に高圧かつ高純度の水素ガスを試料に供給することができる。 (b) 直流分極法を用いて測定した電子電流値の時間依存性。イオンによる電流は時間とともに減少するので、電子による電流と区別することができる。」の画像

プレスリリース中の図 : (a) 水素リッチLaH3−2xOxの水素処理。固体水素源を用いることでボンベから供給される高純度水素ガスよりも簡易的に高圧かつ高純度の水素ガスを試料に供給することができる。 (b) 直流分極法を用いて測定した電子電流値の時間依存性。イオンによる電流は時間とともに減少するので、電子による電流と区別することができる。



掲載論文

題目 : Room-temperature fast H conduction in oxygen-substituted lanthanum hydride (酸素置換水素化ランタンにおける室温高速ヒドリド伝導)
著者 : Keiga Fukui (福井 慧賀) 1,Soshi Iimura (飯村 壮史) 1, 2, 3,Albert Iskandarov (イスカンダル アルベルト) 4,Tomofumi Tada (多田 朋史) 1, 5,Hideo Hosono (細野 秀雄) 1, 3
(1: 東京工業大学、2: 科学技術振興機構さきがけ、3: 物質・材料研究機構、4: 横浜市立大学、5: 九州大学)
雑誌 : Journal of the American Chemical Society
掲載日時 : 2022年1月24日 (米国時間)
DOI : 10.1021/jacs.1c11353


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([ = ] を [ @ ] にしてください)
物質・材料研究機構 主任研究員
飯村壮史
TEL: 029-860-4433
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([ = ] を [ @ ] にしてください)

(JST事業に関すること)

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