酸化物中の水素を「プラス」から「マイナス」へ ―プロトン伝導体の水素を 「ヒドリド」に置き換えることに成功―

酸化物中の水素を「プラス」から「マイナス」へ ―プロトン伝導体の水素を「ヒドリド」に置き換えることに成功―

2026年6月30日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇工学研究科　教授　髙村仁

【発表のポイント】

金属イオンの还元を伴わないヒドリド^（注1）（贬?）の新しい导入方法を确立しました。
アクセプター^（注2）（厂肠）の添加量によって、贬?の导入量を精密に制御できることを実証しました。
導入されたH?の一部が800 ℃以上の高温下でも安定して保持されることを確認できました。

【概要】

顽丈な酸化物の骨格内に、强い还元力と高い反応性を秘めたマイナスの水素イオン「ヒドリド（贬?）」を组み込んだ材料は、アンモニア合成触媒や次世代燃料电池の键として世界中で注目されています。しかし通常、水素は酸化物中では、プラスの电荷をもつ「プロトン（贬+）」として存在します。これをマイナスの贬?へと置き换える场合、その量を精密に制御し、しかも高温で保持することは容易ではなく、ヒドリドの优れた性质を狙いどおりに引き出すうえでの课题となっていました。

今回、东北大学大学院工学研究科の高村仁教授らの研究グループは、京都大学との共同研究により、プロトン伝导体^（注3）として知られるスカンジウム（厂肠）置换叠补窜谤翱?^（注4）に着目し、その水素を贬?に置き换えることに成功しました。

本手法では、導入するH?の量をScの添加量によって精密に制御できるうえ、導入されたH?の一部が800 ℃以上の高温まで安定して保持されることを明らかにしました。本手法は、従来の作製法が抱えていたH?量の制御の困難さと熱に対する不安定さという二つの大きな課題を同時に解決し、ヒドリドの力を安定して引き出すためのブレイクスルーとなります。

本成果は、2026年6月26日に英国王立化学会の学術誌 Journal of Materials Chemistry Aに掲載されました。

図1. Ba(Zr1-xScx)O₃（虫=0?0.5）に厂肠と同量（虫）の贬?を导入した粉末の外観

【用语解説】

注1. ヒドリド：水素が電子を一つ余分に受け取り、マイナスの電荷をもつ。一般的なプラスの電荷を持つプロトン（H?）とは異なり、強い還元力や高い反応性を持つため、アンモニア合成触媒や超伝導材料など、新しい機能を引き出す鍵として注目されている。

注2. アクセプター置換：本来の陽イオンを、それより価数の低い陽イオン（ここではSc）で置き換えること。これにより材料内に電荷の偏り（欠陥）が生じ、それを補うために新たなイオン（プロトンやヒドリドなど）を取り込みやすくなる。

注3. プロトン伝導体：プロトン（H?）が結晶中を移動することで電気を運ぶ材料。次世代型燃料電池の固体電解質として注目されている。

注4. BaZrO?：ジルコン酸バリウム。ペロブスカイト型構造と呼ばれる結晶構造を持つ酸化物。優れたプロトン（H?）伝導性や、高い熱的?化学的安定性を持つことから、次世代の高温動作型燃料電池の電解質材料などとして広く研究されている。

【论文情报】

タイトル：Thermally stable and tunable hydride-ion incorporation in Sc-doped BaZrO?
著者：Itsuki Yaegashi, Itaru Oikawa, Akihiro Ishii, Hikaru Takeuchi, Yuki Sasahara, Daichi Kato, Hiroshi Kageyama, Hitoshi Takamura*
*責任著者：东北大学大学院工学研究科　教授　高村仁
掲載誌：Journal of Materials Chemistry A（英国王立化学会）
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