希土類金属の1水素化物

2012-05-11 :  理科部 部活
テーマ:物理、化学、C言語、IT関連、大学野球、Firefox、Linux、薬事法、カルシウム、VM。
本文の前に、
-・・・ -・-
blogramのランクインカテゴリについて、
昨日はその後の観察で、
一部のカテゴリで、スコアがそれなりにアップしたが、スコアに変動はなかった。
でも、今朝の確認で、
「医薬品業界」がスコア変わらずで、2位になっていた。
これが、昨日の確定値だった。
つまり、ランクの数は、14、11、3、0、1、 0、1、0、0、0(47)で、
換算ポイントが、249pt でした。
それ以外には、特段の変化は無く、
ランクの数、14、11、3、0、1、 0、1、0、0、0(47)のまま。
換算ポイントも、249pt のまま。
・-・ - -・

さて、本文。

今回も、「マイナビニュース」の「エンタープライズ」から。

3日前(2012/05/08)付けで、
JAEAやKEKなど、希土類金属の「1水素化物」の存在を観測
があった。

かなりな部分、引用させていただく。

  日本原子力研究開発機構(JAEA)、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、
  J-PARCセンター、広島大学(広大)の4者は5月7日、東京大学と英ケンブリッジ大学
  を加えた共同研究により、「希土類金属(レアアースメタル)」の水素(H)化物の
  結晶構造を解明し、これまでに報告されていなかった岩塩(NaCl)構造を持つ
  希土類金属の「1水素化物(LaH)」の存在を観測したと発表した。

  成果は、原子力機構の片山芳則研究主席、J-PARCセンターの鈴谷賢太郎研究主幹、
  KEKの大友季哉教授、広大の小島由継教授、東大の小松一生准教授、
  ケンブリッジ大学Duck Young Kim博士(現米カーネギー研究所)らの共同研究グループ
  によるもの。研究の詳細な内容は、5月8日付けで
  米科学雑誌「Physical Review Letters」オンライン版に掲載された。

  次世代クリーンエネルギーとして、水素エネルギーはその有力候補の1つとして
  期待されている。ただし、水素ガスの大量かつ安全な貯蔵・輸送には、
  水素貯蔵合金など水素貯蔵材料の高性能化が必要であり、
  その開発に向けた取り組みが日夜進められている状況だ。

  水素の吸蔵・放出には材料構成元素と水素との相互作用(結合状態)が
  大きく関わっており、吸蔵・放出過程に関わる水素と材料の結合状態の
  形成・切断過程に関する知見は重要な要素であり、
  その相互作用の解明が期待されている。

  今回の研究で対象とした希土類金属とは、周期律表で
  原子番号57番の「ランタン(La)」から71番の「ルテチウム(Lu)」までの
  「ランタノイド族」と呼ばれる15元素と、21番の「スカンジウム(Sc)」、
  39番の「イットリウム(Y)」を合わせた計17元素からなるグループのことだ。
  磁性材料などに利用されており、工業的にも重要な金属である。

  また希土類金属は、水素との親和性が極めて高いことが知られており、
  容易に水素との化合物である水素化物を形成する特徴を持つ。
  水素を多量に吸収できることから、水素吸蔵合金の構成元素としても
  広く利用されている次第だ。

  金属格子の隙間には、金属原子が四面体に配置したサイトと八面体に配置した
  サイトの2種類が存在し、この隙間に水素原子が入ることで水素が吸蔵される。
  希土類金属では、吸収された水素原子は初めに四面体サイトを1つずつ占有して
  金属原子1個に対して水素原子が2個存在する「2水素化物」となり、
  さらに八面体サイトを占有してすべての隙間が埋められ、
  金属原子1個に対して水素原子が3個存在する「3水素化物」となる。

  八面体サイトだけが占有され、金属原子と水素原子が1対1となる1水素化物は
  バナジウムなどの「遷移金属」(周期律表の第3族から第11族の間に存在する元素
  の総称)やリチウムなどの「アルカリ金属」(周期律表の第1族のうち水素を除いた
  リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、
  フランシウム(Fr)のこと)の水素化物では良く知られているが、
  希土類金属では報告がなく、存在しないと考えられてきた次第だ。

  ・・・・・

  なお、水素は「非干渉性散乱」の影響が強いため、
  一般的に水素を含む物質の中性子解析実験では、「干渉性散乱」の方が
  支配的な重水素に置換した試料を用いられている。
  それにより、構造解析に適した回折パターンの取得が可能になというわけだ。
  なお、非干渉性散乱とは無秩序さを反映して回折を生じない性質で、
  回折パターンのバックグラウンドが増大する原因となってしまう。

  ・・・・・

  画像1は、高圧力下13万気圧における放射光X線回折パターンと
  中性子回折パターンである。赤色で示したピークがLaDからの回折線だ。
  中性子回折パターンでは岩塩構造を反映して奇数の指数で表される回折線が
  観測されていないことがわかる。八面体サイトの重水素(DO)の占有率を変えて
  回折パターンのシミュレーションが行われた結果、
  占有率が下がると実験結果を再現できないことが確認された。

    画像1。高圧力下13万気圧における放射光X線回折パターンと中性子回折パターン

  ・・・・・

  画像2は、金属格子が面心立方構造で水素濃度が異なる3つの水素化物の構造。
  黄色が金属原子、水色が八面体サイトの水素、青が四面体サイトの水素を表している。
  左から八面体サイトのみを占有している1水素化物、四面体サイトのみを
  占有している2水素化物、両方のサイトをすべて占有している3水素化物だ。
  八面体サイトのみを占有している構造は岩塩(NaCl)構造で、
  今回の研究では希土類金属で初めて岩塩構造の1水素化物の形成が観測された。

    画像2。金属格子が面心立方構造で水素濃度が異なる3つの水素化物の構造

  ・・・・・

  なお第一原理計算とは、経験的パラメータや実験データを用いずに行う理論計算で、
  原子核と電子それぞれの間で働く相互作用から量子力学に基づいて
  物質の性質(結晶構造や電子状態など)を計算する手法のことである。

  今回の研究によって、希土類金属はすべての金属の中で唯一、1水素化物、2水素化物
  及び3水素化物を形成し、さらに金属格子構造がすべて面心立方構造を採ることが
  示された。そのため、水素の占有しているサイトの違いによる水素と金属の間の
  相互作用の違いを明らかにできる可能性がある。

  希土類金属は、その高い水素親和性のためにLaNi5など水素吸蔵合金の構成元素として
  広く利用されているが、その水素吸蔵・放出特性に対しての水素と金属の相互作用の
  影響は水素吸蔵合金の高性能化に向けた重要な知見となるという。

  今後、1水素化物中の水素と金属の結合状態を調べ、2水素化物と3水素化物中の
  結合状態と比較することにより、水素と金属の相互作用が解明され、
  さらには高濃度の水素を吸収する希土類合金の開発指針が得られるもの
  と期待されると、研究グループはコメントしている。


と云うことですね。


オ ソ マ ツ で し た。   <(_ _)>


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