东京工业大学理学院化学系的村上泰斗特任助教（研究当时，现为东北大学研究生院工学研究科助教）与该校理学院的八岛正知教授和高纯度化学研究所的柴田稔也研究员等人组成的研究团队，通过与“澳大利亚核科学和技术组织”的海斯特·詹姆斯博士进行联合研究，发现了具有高氧化物离子电导率、且不含稀土元素的新物质Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15（由钡、钽、钼、氧构成的氧化物，六方钙钛矿相关氧化物之一）。
图（a）新型氧化物离子导体Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15的体电导率σb。纵轴为对数logσb，横轴为绝对温度T的倒数1000/T。（b）总电导率σtot对氧分压P（O2）的依赖性。纵轴为对数logσtot，横轴为氧分压P（O2）的对数log（P（O2））。（c）Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15在26℃时的晶体结构。（图片版权属于Wiley-VCH和东京工业大学研究团队）
研究团队此前发现了具有高氧化物离子电导率的物质Ba7Nb4MoO20固溶体，并与高纯度化学研究所共同开发了以高再现性低成本简单合成这种材料的方法。然而，该材料的缺点是，对高氧化物离子导电非常重要的间隙氧量不足，在强还原气氛中会发生电子传导，而且Nb原子和Mo原子在晶体结构中占据的位点不明确，阻碍了对传导机制的理解。
与Nb相比，Ta的氧化物不容易被还原，因此研究团队认为，使用Ta的话也许可以开发出优异的新物质，所以推进了研究。另外，不同于Nb，Ta的电子数与Mo的电子数不同，所以X射线散射能力也不同。因此有望独立确定Ta原子和Mo原子的位置，于是研究团队通过同步辐射X射线衍射进行了结构分析。
由此合成了将Ba7Nb4MoO20的部分Ta置换为Mo的Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15。研究发现，这种物质拥有与Ba7Nb4MoO20相同的晶体结构（7H六方钙钛矿多晶型）。另外，还合成几种Mo过量的材料，并在高温、氧化～还原气氛中测量电导率发现，新物质在高温下拥有比常规材料更高的电导率和抗还原性。
通过精确同步辐射X射线衍射数据在Rietveld分析中的占有率，并结合键价总和及第一性原理计算，首次证明Mo局部存在于晶体结构中的氧化物离子导电层附近。这是调查高氧化物离子电导率的结构因素的关键。
八岛教授表示：“在研究中明确的过渡金属的位点选择性（Mo局部存在于氧化物离子导电层附近）指明了氧化物离子导体的新设计指南，预计可以根据这个指南发现很多新物质。新物质兼具高导电性和稳定性，因此作为燃料电池的固体电解质、气体传感器和氧分离膜材料非常有吸引力，但在作为材料使用之前，还需要克服许多障碍，希望能有很多企业对此感兴趣并推进联合研究，以实现商品化。”
【词注】
氧化物离子导体：施加外部电场时传导氧化物离子的物质，也称为氧离子导体。除纯氧化物离子导体外，还有氧化物离子-电子混合导体等。
论文信息
发表期刊 :Small （Wiley）
论文题目 : High Oxide-ion Conductivity in a Hexagonal Perovskite-related Oxide a7Ta3.7Mo1.3O20.15 with Cation Site Preference and Interstitial Oxide Ions
作者 : Taito Murakami, Toshiya Shibata, Yuta Yasui, Kotaro Fujii, James R. Hester, and Masatomo Yashima
DOI : 10.1002/smll.202106785
URL: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106785
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
