Proton conduction path in RbH(SeO) studied by high temperature neutron single crystal diffraction

中性子単結晶構造解析によるプロトン伝導体RbH(SeO)のプロトン伝導経路の探索

鬼柳 亮嗣  ; 石川 喜久*; 野田 幸男*

Kiyanagi, Ryoji; Ishikawa, Yoshihisa*; Noda, Yukio*

RbH(SeO)は比較的低温で超プロトン伝導性を示す物質として注目されている。超プロトン伝導性は構造相転移と同時に発現するため、内部構造との密接な関係が示唆されるが、構造とプロトン伝導性発現の詳細な関係は明らかでない。また、プロトン伝導相におけるプロトン伝導経路やメカニズムについても未解明な部分があるため、室温から高温にかけての中性子単結晶構造解析を行い、内部構造の変化を詳細に調べた。構造解析により、温度上昇に伴い水素結合間距離が単調に増加することが確認されたが、相転移に向かう特徴的な変化は明確には観測されなかった。プロトン伝導相における構造解析の結果、無秩序状態となった水素原子(プロトン)が等価なサイト間を移動している様子が明瞭に観測され、プロトン伝導経路の可視化に成功した。伝導経路上には局所的に密度の高い部分があり、中間状態を経た伝導が起きていることが示唆された。

RbH(SeO) is known to exhibit a super protonic conductivity at rather low temperature and has attracted much attention. The protonic conductivity emerges upon a structural phase transition, thus the protonic conductivity is believed to have close relation with the crystal structure. In order to clarify the relation between the internal structure and the realization of the super protonic conductivity as well as the conduction mechanism, single crystal neutron diffraction was carried out. The results showed that the hydrogen-bond length monotonically increases as the temperature increases and no peculiar behavior in the internal structure has been recognized. The structure analysis in the proton-conducting phase revealed that the hydrogen atoms (protons) migrate over the equivalent sites via intermediate sites.