アニオン組成を制御し、無機機能性材料の特性を向上させる新技術：材料技術

東北大学は、外部から電圧を加えることで、対象となる無機機能性材料のアニオン（陰イオン）の組成を容易に制御する技術を開発した。同技術により、従来は不可能だった反応条件での材料合成が可能となる。

[MONOist]

　東北大学は2023年9月11日、外部から電圧を加えることで、対象となる無機機能性材料のアニオン（陰イオン）の組成を容易に制御する技術を開発したと発表した。九州大学、東京都立大学との共同研究による成果だ。

　無機機能性材料は、陽イオンのカチオンと陰イオンのアニオンから成るセラミックスだ。科学技術を支える重要な基盤材料として注目されており、従来はカチオン組成を制御することで、高機能化が図られてきた。

　今回の研究では、電気化学を材料合成に応用し、アニオン組成を容易かつ幅広く制御する技術を開発している。外部から電圧を印加し、電解質のイオンを駆動して任意量のアニオン種を対象材料に注入することで、アニオンを組成する。注入するアニオン量は電流量で制御でき、従来は不可能だった反応条件での材料合成が可能となる。

技術の概略図とリアクターの外観写真 出所：東北大学

　ペロブスカイト型酸化物（La、Sr）CoO₃の酸素の一部をフッ素（F）に置き換える実証実験では、任意量のフッ素を粒子内部まで注入できた。また、大電圧を印加して大きな駆動力で反応を進めた結果、通常の合成条件では出現しないナノ結晶を含む準安定相が合成できた。

（a）粒子内部の元素分布。（b）供給量に応じてフッ素量が増加。（c）大電圧処理による表面ナノ結晶領域の電子顕微鏡像 出所：東北大学

　これらの成果により、アニオン組成の精密な制御と極限的な反応条件での新材料探索が可能になる。新たなアニオン組成制御型機能材料の創出につながることで、燃料電池や蓄電池などの高効率エネルギーの変換、貯蔵技術への応用が期待される。

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