由東京工業大學物質理工學院材料系的研究生福井慧賀、該校元素戰略研究中心榮譽教授細野秀雄、物質材料研究機構主任研究員飯村壯史、橫濱市立大學特任副教授Albert Iskandarov及九州大學教授多田朋史組成的研究團隊，開發出了含高濃度氫陰離子（H-）、x值小於0.25的摻氧氫化鑭（LaH3-2x Ox），在室溫下實現了全球最高的離子電導率。
圖1：（a）富氫LaH3-2x Ox的氫處理。通過使用固體氫源，與從氣瓶供應的高純度氫氣相比，能更容易地向樣本供應高壓和高純度的氫氣。（b）利用直流極化法測量的電子電流值的時間依賴性。由於離子電流會隨時間減少，因此可以與電子電流區分開。（供圖：東京工業大學和物質材料研究機構（NIMS））
氫是宇宙中最豐富的元素，它有兩種類型的離子：帶正電的質子和帶負電的氫化物。離子傳導是電荷和原子同時移動，因此有望實現與僅利用電子移動的電子學不同的用途。利用質子的移動的燃料電池就是典型例子，雖然瞭解許多材料都可以很好地移動質子，但直到七年前才在移動物質中發現氫陰離子。這是因為氫陰離子比質子大得多，不容易移動。
如果能讓具備這些獨特性質的氫陰離子在固體内高速移動，實現高離子電導率，就可以實現以難氫化物為原料的燃料電池和高功率新型蓄電池等具有全新功能的電化學器件。然而，氫陰離子的尺寸與氧離子基本相同（～1.2Å），因此與更小的質子相比，室溫下的離子電導率會明顯下降，這一直是材料開發的障礙。
研究團隊2019年利用氧含量x更高的摻氧氫化鑭，在350℃的中溫下實現了每平方釐米達到10-2S以上的高氫陰離子電導率。此次，為彌補氧含量x控制在0.25以下的摻氧氫化鑭中出現的氫不足，利用合成後與氫源（生成氫氣的化合物）一起在400℃的溫度下再加熱的方法製作了樣本。由此，樣本的離子電導率與水合物系物質的質子電導率基本相同，與此前報告的室溫最高氫陰離子電導率——每平方釐米4～5×10-7S相比高出1000倍以上。這個值與運動良好的質子導體相當。另外，還通過計算使容易移動的離子和不容易移動的離子的存在實現了視覺化。
細野榮譽教授表示：「此次的成果為今後設計導電率更高的導體提供了指南。氫陰離子具有可以分解二氧化碳的高活性，可以通過電能促進化學反應以及運輸和控制氫。我們希望利用氫為實現去碳社會做貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
