2012年4月16日
左から坂口大学院生、小林助教、阴山教授、辻本研究员
坂口辰徳 工学研究科物质エネルギー化学専攻大学院生（博士後期課程）、辻本吉廣 同博士研究員（現所属：物质?材料研究机构）、小林洋治 同助教、陰山洋 同教授と高野幹夫 物質－細胞統合システム拠点特定教授らは、金廷恩 高辉度光科学研究センター副主幹研究員らと共同で、半世紀以上前から半導体産業を支えてきたセラミックス材料が、大量の水素を取り込む能力があることを発見しました。
この研究成果は、英国科学誌「ネイチャーマテリアルズ（Nature Materials）」誌（ロンドン時間4月15日電子版）で公開されました。
研究の概要
チタン酸バリウム（叠补罢颈翱3）（図左）は、1940年代に初めて合成されて以来、あらゆる电子机器に使われている诱电体材料です。阴山教授らは本研究に先立ち2007年に、水素化物を利用した低温合成法によって、长年不安定であると考えられてきた鉄の局所构造を実现し、ネイチャー誌に报告しました。今回の研究では、チタン酸バリウムに対して同様の低温反応を施したところ、结晶中の酸素の一部を水素で置き换えることに成功しました（図右、大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8の高辉度齿线を用いて构造を决定）。今までに、チタン酸バリウムに水素の导入を试みた研究例はありましたが、その量はごく微か（酸素に対して0.1％以下）でした。しかしながら、本手法を用いた场合、水素量は最大で20％（叠补罢颈翱2.4H0.6）にも达しました。この新しく合成された物质は、水にも温度にも安定ですので、クリーンなエネルギー资源である水素を変换／输送／贮蔵するのに适した水素材料としての高い将来性があります。
この新物质の学术的な意义は、その水素贮蓄量の多さだけではなく、取り込まれた水素の电荷状态にもあります。一般に酸化物に存在する水素は、正の电荷をもつプロトン（贬+）として存在することが知られています。身近な例では、さびの成分である水酸化鉄（贵别（翱贬）2）があります。これに対して、负の电荷をもつヒドリド（贬-）は强力な还元剤であるため、チタンのような迁移金属とは共存できないと考えるのが固体化学の常识でした。ところが、今回得られた物质における水素は负の电荷を持っており、従来の常识を覆す结果となりました。酸化物の中で、贬–が迁移金属と共存できることが确认されたことにより、今后はヒドリドの流れを制御して利用することができる「酸化物ヒドリドニクス」という新たな学问体系として発展していくことが期待されます。
今回合成した物质中の水素は、400℃程度の低温にて结晶内を动き回る能力をもつことを明らかにしました。この结果は、水素イオン（贬-）伝导性を示唆しています。酸素イオン伝导体は、现在燃料电池の电解质として実用化されていますが、水素は酸素と比べて軽くて动きやすいため、より低温での高速动作が原理的には可能です。同时に、チタンがもつ电子に由来する电子伝导性もあるため、例えば、水素を燃料とする燃料电池に必要な电极の他、水素センサーとしての応用が期待されます。
この研究成果は、英国科学誌「ネイチャーマテリアルズ（Nature Materials）」誌（ロンドン時間4月15日電子版）で公開されました。本学、高辉度光科学研究センター、倉敷芸術大学、東京工業大学、物質?材料開発機構、レンヌ第一大学との共同研究によるものです。
- 図：（左）チタン酸バリウム。半導体セラミックスとして電子材料に広く使われている。（右）低温合成によって、酸素（赤）の20％を水素（青）に変換する。400℃程度の低温で、水素のみが結晶内を動き回ることができる。大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8の高輝度X線を用いて構造を決定した。
- An Oxyhydride of BaTiO3 Exhibiting Hydride Exchange and Electric Conductivity
（ヒドリド交换能と电子伝导を示す酸水素化物叠补罢颈翱3） - 著者：小林 洋治1、O. J. Hernandez2、坂口 辰徳1、矢島 健1、T. Roisnel2、辻本 吉廣1、森田 昌樹3、野田 泰斗3、最上 祐貴3、北田 敦1、大倉 仁寿1、細川 三郎1、Z. Li4、林 克郎5、草野 圭弘6、金 廷恩7、辻 成希7、藤原 明比古7、松下 能孝8、吉村 一良3、竹腰 清乃理3、井上 正志1、高野 幹夫4、陰山 洋1,3,4
1 工学研究科物质エネルギー化学専攻
2 レンヌ第一大学
3 理学研究科化学専攻
4 物质－细胞システム统合拠点
5 东京工业大学応用セラミックス研究所
6 仓敷芸术科学大学芸术学部
7 高辉度光科学研究センター
8 物质?材料研究机构 - Yoji Kobayashi, Olivier J. Hernandez, Tatsunori Sakaguchi, Takeshi Yajima, Thierry Roisnel, Yoshihiro Tsujimoto, Masaki Morita, Yasuto Noda, Yuuki Mogami, Atsushi Kitada, Masatoshi Ohkura, Saburo Hosokawa, Zhaofei Li, Katsuro Hayashi, Yoshihiro Kusano, Jung eun Kim, Naruki Tsuji, Akihiko Fujiwara, Yoshitaka Matsushita, Kazuyoshi Yoshimura, Kiyonori Takegoshi, Masashi Inoue, Mikio Takano, Hiroshi Kageyama.
An oxyhydride of BaTiO3 exhibiting hydride exchange and electronic conductivity. Nature Materials. Published online: 15 April 2012 doi: 10.1038/nmat3302 - 京都新聞（4月16日 22面）および日本経済新聞（4月16日 11面）に掲載されました。
今回の成果は、主に独立行政法人日本学術振興会最先端研究開発支援プログラム「新超電導および関連機能物質の探索と産業用超電導線材の応用」（中心研究者：細野秀雄 東京工業大学教授）の一環で得られました。
チタン酸バリウムの原料は戸田工业株式会社からご厚意で提供いただきました。
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用语解説
低温合成法
陶芸を连想すればわかるように、酸化物（セラミックス）は一般に1000℃以上の高温で合成されます。しかしながら、适切な反応剤（本研究では、水素化カルシウム）を选ぶことによって500℃以下の低温でも反応を进行させることができます。このような反応を低温合成法とよびます。
大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8
理化学研究所が所有する、兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高の放射光を生み出す施設で、その運転管理と利用促進は高辉度光科学研究センターが行っている。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeVに由来。放射光とは、電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、電磁石によって進行方向を曲げた時に発生する、細く強力な電磁波のこと。SPring-8では、この放射光を用いてナノテクノロジー、バイオテクノロジーや産業利用まで幅広い研究が行われている。