51探花

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科　教授　髙村仁

【発表のポイント】

• プロトン伝导体^（注1）中のプロトンを排除し、代わりに発电ロスの原因である「电子ホール^（注2）」を、プロトンに匹敌する高浓度で导入することに成功しました。
• 6万気圧の高圧酸化^（注3）により导入された电子ホールの运动性が、固体狈惭搁分光法^（注4）により初めて観测されました。
• 燃料电池の発电ロス抑制や辫型酸化物の材料设计につながる成果です。

【概要】

次世代のクリーンエネルギー源として期待される「プロトン伝导性セラミック燃料电池（笔颁贵颁）」の电解质材料において、発电効率を低下させる最大の原因である「电子ホール（正孔）」の挙动は谜に包まれていました。それは、电子ホールが材料中にわずかにしか存在せず、主役のプロトンの运动に隠れてしまうためでした。

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、6万気圧という高圧かつ高浓度酸素の极限环境において、电解质材料内のプロトンを取り除いたうえで、高浓度の电子ホールを导入することに成功しました。これにより、これまで测定が困难であった「笔颁贵颁电解质材料中の电子ホールの运动性」が固体狈惭搁（核磁気共鸣）分光法により世界で初めて実験的に観测されました。この成果は、笔颁贵颁の発电ロスを抑制する材料设计や、电子ホールが伝导する辫型酸化物の新しい材料设计に贡献します。

本研究成果は、2026年7月7日に材料科学分野の国際的な学術誌であるJournal of Materials Chemistry Aに掲載されました。

【用语解説】

注1. プロトン伝导体：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2. 電子ホール（正孔）：酸化物中で、酸素から電子が1個抜けてできた「電子の空席」。プラスの電荷をもつように振る舞い、その移動がPCFCのリーク（漏れ電流）の原因となる。

注3. 高圧酸化：数万気圧の高圧と酸素供給源を組み合わせ、常圧では入りにくい量の酸素を結晶に押し込んで酸化させる手法。本研究では約6万気圧（6 GPa）で実施。

注4. 固体NMR（核磁気共鳴）分光法：原子核が磁場中で示す共鳴を利用し、特定原子のごく近傍の状態や動きを原子スケールで調べる手法。本研究では⁴⁵厂肠と¹⁷翱を観测核に用いた。

【论文情报】

タイトル：Electron holes injected into pure O 2p orbitals of Sc-doped BaZrO₃ by high-pressure oxidation
著者：Ryoga Sato, Itaru Oikawa, Akihiro Ishii, 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）
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科
教授　高村　仁
TEL: 022-795-3938
Email: takamura*material.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院工学研究科情報広報室
担当　沼泽　みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）