無機機能性材料の特性を容易に向上させる技術を共同開発――アニオン組成を自由自在に制御東北大学ら

東北大学は2023年9月11日、九州大学、東京都立大学と共同で、外部からの電圧印加のみで、無機機能性材料のアニオン組成を制御する技術を開発したと発表した。

無機機能性材料の特性を向上させるための手段として、アニオン（陰イオン）機能を活用することが注目されている。これを実現するには、対象材料のアニオン組成を自由に制御することが必要だが、従来の技術ではその自由な制御が難しかった。

今回の研究では、電気化学を材料合成に応用することで、アニオン組成を制御する技術を開発した。同大学によると世界初となる。外部から電圧を印加することで電解質のイオンを駆動。任意の量のアニオン種を注入することで、対象の材料のアニオン組成を制御する。

同技術では、流した電流量によって注入するアニオン量を制御でき、外部からの電圧の印加で、従来よりも優れた反応条件を得ることができる。

今回の技術を実証するため、ペロブスカイト型酸化物（（La,Sr）CoO₃）を対象に、酸素の一部をフッ素に置き換える操作を実施。その結果、意図した量のフッ素を酸化物粒子の内部にまで注入でき、かつその量を制御できることを実証した。

(a)　粒子内部の元素分布（TOF-SIMSにより計測）。本技術により粒子内部までフッ素を注入できることを実証した。
(b)　F1sXPSスペクトルより，F供給量に応じてF量が増加していることを確認した（電流密度300μA/gにてドーピング）。
(c)　大電圧処理による表面ナノ結晶領域の電子顕微鏡像。電流を制御することで自在にナノ結晶を合成することができる。

同大学らは今後、特に高効率エネルギー変換／貯蔵技術への応用を目指して発展研究を進め、将来的にはグリーントランスフォーメーションへの貢献を視野に入れる。

無機機能性材料の特性を容易に向上させる技術を共同開発――アニオン組成を自由自在に制御　東北大学ら