陰山洋 工学研究科教授は、竹入史隆 同博士後期課程学生、矢島健 同特定助教(現 東京大学助教)、小林洋治 同講師らとの共同研究によって、マイナス電荷をもつ水素イオンの高い活性を利用し、温和な条件で酸窒化物を合成する新手法を開発しました。本成果により、革新的な強誘電材料の開発だけでなく、さまざまな無機材料の設計が可能になると期待されます。
本研究成果は、英国科学誌「Nature Chemistry」誌のオンライン速報版で公開されました。
研究者からのコメント
左から阴山教授、竹入博士后期课程学生
今回使った物质は、もともとパソコンや携帯电话などあらゆる电子机器に使われている安定な酸化物です。この酸化物に高活性な水素を导入することによって、不可能な反応が可能になったことは惊きでした。この活性を利用すれば、究极には空気中の窒素でも低温で反応するのではないかと考えており、现在、研究を続けています。
概要
现在、陶器、电子部品など身の回りでつかわれているセラミックス材料は、酸素イオン（翱 2- ）からなる酸化物です。近年、酸素イオンと窒素イオン（狈 3- ）の両方を含む酸窒化物が、可视光触媒などの（酸化物にはない）优れた特性を示す次世代材料として大きな注目を集めています。しかし、酸窒化物の合成には高温（900から1500度）のアンモニア気流中で焼成するという过酷な条件が必要であり、组成と构造に大きな制约があるため机能の制御が困难でした。
本研究では、酸化物の中に存在するマイナス电荷の水素イオン（ヒドリド、贬 - ）が高い活性を有することに着目して、温和な条件で酸窒化物を合成する新しい手法を开発しました。阴山教授らは2012年に、ヒドリドを大量に有する酸化物の合成に成功し、その结果をネイチャーマテリアルズ誌に报告しています。今回、同物质をアンモニア気流中、500度以下の温度で処理したところ、物质中のヒドリドがアンモニア分子（狈贬 3 ）の窒素と结晶骨格を保ったまま交换し、最终的に酸窒化物が得られることを见出しました。酸窒化物は、次世代の强诱电材料の候补として期待されており、本研究により得られた酸窒化物は、试料全体の机能が制御された强诱电性を示す初めての例となります。このように酸化物の中に存在する「活性水素」を利用することにより、今后、酸窒化物に限らず、従来は不可能であったさまざまな无机材料の设计が可能になると期待されます。
本研究の概略図。「活性水素」（ヒドリド）を含む酸化物（中央）をアンモニア気流中、低温処理（375から500度）することにより、水素と窒素の交换反応が进行し、新しい酸窒化物（右下）が得られる。従来、低温アンモニア処理では试料表面のみしか窒素化できないと考えられていた。また、安定な酸化物（左下）から酸窒化物は得られない。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Takeshi Yajima, Fumitaka Takeiri, Kohei Aidzu, Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Wataru Yoshimune, Masatoshi Ohkura, Shiming Lei, Venkatraman Gopalan, Katsuhisa Tanaka, Craig M. Brown, Mark A. Green, Takafumi Yamamoto, Yoji Kobayashi and Hiroshi Kageyama
"A labile hydride strategy for the synthesis of heavily nitridized BaTiO3"
Nature Chemistry, Published online 19 October 2015
- 京都新聞（10月20日 25面）および科学新聞（10月30日 6面）に掲載されました。
