プレスリリース・研究成果

1つの金属原子に9つもの水素が結合した 新たな物質の誕生

 東北大学金属材料研究所の高木成幸准教授と同大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI -AIMR)/金属材料研究所の折茂慎一教授らの研究グループは、「1つの金属原子に9つもの水素が結合した新たな物質群」の合成に成功しました。これは量子科学技術研究開発機構の齋藤寛之上席研究員、高エネルギー加速器研究機構の池田一貴特別准教授、大友季哉教授、株式会社豊田中央研究所の 三輪和利主任研究員との共同研究による成果です。 金属の中には、単独では水素と結合しにくい元素群(=ハイドライド・ギャップ)が存在します。一方、これらの元素は錯体水素化物を形成することで多くの水素と結合することができます。 しかし、クロムとその仲間であるモリブデン、タングステンは、ハイドライド・ギャップに属するにもかかわらず、錯体水素化物においても水素と結合しないとされてきました。これに対して、2015年、本研究グループは、クロムと水素が結合した錯体水素化物の合成が可能であり、例外であったクロムが一般的な金属より多い7つの水素と結合することを発見しました。 今回研究グループは、残りの例外であるモリブデンとタングステン、またこれまで錯体水素化物の合成報告がなかったニオブとタンタルの4元素を含む錯体水素化物の合成に取り組みました。 具体的には、理論計算と高圧合成技術を融合し、合成条件を最適化することでこれらの元素を含む4種の新たな物質群を合成しました。そして中性子などの量子ビームを利用し、1つの金属あたり 9つもの水素が結合していることを確認しました。この成果により、ほとんどの金属元素と水素を結合させる技術が確立されたことになります。 水素を高密度に含む物質群は、水素貯蔵材料や高速イオン伝導材料、超伝導材料としての応用が 期待されるなど、近年多くの注目を集めています。本研究成果は水素を高密度に含む物質群の探索とその基礎・応用研究を拡大させる重要な成果として、平成29年(2017年)3月13日19時(現地時間10時)に英国科学雑誌「Scientific Reports」のオンライン版に掲載されました。

 

 詳細1: プレスリリース本文 [PDF:1.05MB]

 詳細2: Scientific Reports ウェブサイト [DOI:10.1038/srep44253]

 

9つの水素が金属原子に結合している様子を示した図。9つの水素が金属原子を中心とする四角面三冠三角柱の頂点に位置している。