【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　講師　鈴木一誓
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 固体イオン交換法^（注1）は、既存の固体物質中のイオンを、接触させた別の固体物質に含まれる異なるイオンに置き換えることで、従来法では手に入れられない新物質を生み出す手法です。
• 今回、これまでは実験的に検証するしかなかったイオン交換に適した物質の組合せを、第一原理計算^（注2）により高速で見極めることが可能になりました。
• 太陽電池や燃料電池などに適した新しい物質の探索を加速させると期待されます。

【概要】

太陽電池や燃料電池などをさらに高効率化していくためには、それに適した新しい物質の探索が必要不可欠です。固体イオン交換法は、既存の物質が含むイオンを、別の固体物質が含む異なるイオンに置き換えることで新しい化合物を作り出す手法です。従来の原料から合成する高温反応法が800℃以上を必要とするのに対し、固体イオン交換法では150～400℃と比較的低温で反応が進むため、新物質を探索するためのツールとして長らく期待されてきました。しかしイオン交換が生じる物質の組合せ（前駆体とイオン源の組合せ」を予測する手段はこれまでなく、新物質を合成するためには、様々な組合せを試行錯誤する実験が必要でした。

東北大学多元物質科学研究所の鈴木一誓講師らの研究グループは、イオン交換が生じる前駆体とイオン源の組合せを、第一原理計算によって高速で見極める技術を確立しました。これにより、太陽電池や燃料電池などに適した、新物質の開発が一層加速することが期待されます。

本研究成果は、2024年4月17日（現地時間）、Chemistry of Materials誌に掲載されました。

【用語解説】

注1. 固体イオン交換法
無機化合物に適用する固体イオン交換法とは、あらかじめ用意した物質（前駆体）の一部のイオンを、イオン源に含まれる別のイオンと交換することで、新たな化合物を合成する手法のこと。高温で原子を再構成する高温反応法と異なって、イオン交換法は低温（150～400 °C）でやさしくイオンを交換する手法であることから「ソフトケミストリー」の一種とされることもある。前駆体の結晶構造を維持したままイオンを交換する手法であるため、通常の高温反応法では得ることができない化合物の合成に用いられる。

注2. 第一原理計算
実験結果を参照しないで固体中に存在する電子の状態を計算することで、物質のさまざまな性質を予測する手法。本研究では、物質の熱力学的な特性（安定性）の予測に用いた。結晶構造とそれを構成する元素の種類がわかれば計算が可能であるため、これまでに合成されたことがない未知の物質についても、イオン交換による合成の可否を推測することが可能である。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
講師　鈴木一誓（すずき いっせい）
TEL: 022-217-5215
Email: issei.suzuki*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）