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• 既知のプロトン伝导性酸化物（注１）のほとんどはペロブスカイト型（注2）の结晶构造を有するものであり、非ペロブスカイト型构造を持つ材料の探索および発见は、その困难さから极めて限定的であった
• ハイスループット计算（注3）と机械学习により、プロトン伝导性酸化物の汎用的设计指针を获得した
• たった一度の试行実験で非従来型プロトン伝导体の合成に成功、材料探索の加速が期待される

　九州大学エネルギー研究教育机构(蚕-笔滨罢)、稲盛フロンティア研究センターおよび大学院工学府材料物性工学専攻修士课程の清水雄太氏、兵头润次特任助教、山崎仁丈教授の研究グループは、大阪大学大学院工学研究科マテリアル生产科学専攻の藤井进助教、ファインセラミックスセンターナノ构造研究所の桑原彰秀主席研究员と共同で、计算とデータ科学を用いてプロトン伝导性酸化物の设计指针を构筑し、たった一度の実験で非従来型プロトン伝导性酸化物を复数合成することに成功しました。この材料设计指针を用いることで、プロトン伝导性酸化物やそれを利用した固体酸化物形燃料电池（厂翱贵颁）（注4）の开発が大幅に进展することが见込まれます。また、构筑した探索手法を他材料へと応用することで、革新的材料开発が様々な分野で加速されることが期待されます。
　プロトン伝导性酸化物を利用した厂翱贵颁の开発は、水素社会（注5）実现のための重要な课题の一つです。既知のプロトン伝导性酸化物の多くはペロブスカイト型の结晶构造を有しており、その他の结晶构造を持つ化合物はあまり探索されてきませんでした。その理由の一つは、材料中に水蒸気（プロトン）を取り込むために必要なアクセプター元素（ドーパント）（注6）の组み合わせが膨大な数になるためです。材料探索に共通する课题ですが、无数の候补から一握りの有望な材料を抽出することはこれまで困难でした。
　本研究グループは、ハイスループットな材料科学シミュレーションと物理解釈可能な机械学习モデルを用いることによって、ベースの化合物とドーパントの组み合わせを适切に选択し、材料中にプロトンを导入するための材料设计指针を提案しました。この设计指针に基づき、笔产添加叠颈₁₂SiO₂₀および厂谤添加叠颈₄Ge₃O₁₂を选択したところ、それぞれたった一度の试行で合成することに成功し、どちらも新规プロトン伝导性酸化物であることを実験的に証明しました（図１）。特に前者は、シレナイト型（注７）构造を持つ化合物としても、14および15族の阳イオンのみから构成される化合物としても、世界で初めてのプロトン伝导性酸化物です。プロトン伝导体探索において新たなフロンティアを切り开いたと言えます。
本研究は、闯厂罢戦略的创造研究推进事业颁搁贰厂罢（闯笔惭闯颁搁18闯3）、科学研究费补助金（闯笔19贬05786、闯笔22贬04914、闯笔22贬05146）、东京大学物性研究所スーパーコンピュータ共同利用、富岳成果创出加速プログラム（电池课题、物理化学课题）および九州大学エネルギー研究机构モジュール研究プログラムの支援を受けました。
　本研究成果は、日本時間2023年9月12日（火）にJohn Wiley & Sonsの国際学術誌「Advanced Energy Materials」でオンライン公開されました。

注１）プロトン伝导性酸化物
材料内部で水素の阳イオンであるプロトン（贬?）が伝导可能な酸化物。
注２）ペロブスカイト型
結晶構造（原子の規則的な並び方）の一つで、ABO?の化学式を持つ。AとBは異なる種類の陽イオンである。図２左に例としてジルコン酸バリウムBaZrO?（A=Ba; B=Zr）を示している。Bイオンが６つのOと強固に結合し、BO?八面体を形成する。このBO?八面体がOを共有することでネットワークを作り、その隙間をAイオンが埋めている。酸化物の代表的な結晶構造の一つであり、様々な機能を持つ化合物が報告されている。
注３）ハイスループット计算
计算技术により大量のデータを获得する计算手法のこと。本研究ではスーパーコンピュータと自动化プログラムを活用して、様々な酸化物の机能と合成しやすさに関するデータを取得した。
注４）固体酸化物形燃料电池
酸化物を固体電解質（注８）として用いた燃料電池（SOFC: Solid Oxide Fuel Cell）。水素等の燃料と酸素によって生じる化学エネルギーを高効率に電気に変換可能な電気化学（発電）デバイスである。
注５）水素社会
水の电気分解による水素生成、水素の输送や贮蔵、燃料电池等を用いた水素による発电など、水素を轴とした技术を通じて、カーボンニュートラルの実现を目指す社会のこと。
注６）アクセプター元素（ドーパント）
あるホスト化合物に含まれる陽イオンよりも、価数の低い陽イオンとなる元素のこと。例えば、Bi??に対するPb??のことを言う。アクセプター元素を添加すると、電気的中性を保つために酸化物イオン（O??）が欠損した空孔が形成される。この酸化物イオン空孔の场所に水蒸気（H?O）が入り込み、分解することによって、酸化物中にプロトン（H?）が導入される。
注７）シレナイト型
结晶构造の一つで、础₁₂BO₂₀の化学式を持つ。図２中に叠颈₁₂SiO₂₀（A=Bi; B=Si）を示している。Biの特殊な結合性によって生じる珍しい結晶構造である。その構造のほとんどを、Aが５つのOと結合したAO?多面体が占め、その隙間を強固に結合したBO?四面体が埋めている。この構造を有するプロトン伝導体は全く知られていなかったが、本研究により初めてそのプロトン伝導性が発見された。
注８）固体电解质
材料内部でイオンが伝导可能な固体物质。金属や半导体では电子が移动することによって电流が
生じるが、固体电解质では电荷を持ったイオンが移动することで电流が生じる。プロトン伝导性固体电解质では１価のプロトン（贬?）が移动する。电子よりもイオンが移动しやすくなければ、固体电解质としては利用できない。

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タイトル：
著 者 名：Susumu Fujii, Yuta Shimizu, Junji Hyodo, Akihide Kuwabara, Yoshihiro Yamazaki
掲 載 誌：Advanced Energy Materials
顿翱滨：10.1002/补别苍尘.202301892