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
2022-01-25 東京工業大学,物質・材料研究機構,科学技術振興機構
ポイント
- 酸水素化ランタン（ＬａＨ３−２ｘＯｘ）を用い、常温で世界最高の伝導度（従来の１，０００倍以上）を示すヒドリドイオン（Ｈ−／水素陰イオン）伝導体を創出
- 高速プロトン（Ｈ＋）伝導体に匹敵する常温伝導度（～１０−３ Ｓｃｍ−１）を達成
- 動きやすいＨ−と動きにくいＨ−の存在を計算で解明
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、通常は正の電荷を持つプロトン（Ｈ＋）となるが、負の電荷を持つヒドリドイオン（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持っている。
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生かすことで、二酸化炭素など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２０２２年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。
本研究は、文科省元素戦略プロジェクト（研究拠点形成型）、および科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究領域「電子やイオン等の能動的制御と反応」の支援を受けて行われた。
＜論文タイトル＞
- “Room-temperature fast H− conduction in oxygen-substituted lanthanum hydride”
- ＤＯＩ：10.1021/jacs.1c11353
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
細野 秀雄（ホソノ ヒデオ）
東京工業大学 元素戦略研究センター 栄誉教授
飯村 壮史（イイムラ ソウシ）
物質・材料研究機構 主任研究員
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
＜報道担当＞
東京工業大学 総務部 広報課
物質・材料研究機構 経営企画部門 広報室
科学技術振興機構 広報課
