緒言
高周波熱プラズマは高温かつ高化学活性であり，他の熱プラズマと比較して被処理物質の滞留時間が長いという特長を有する．さらにプラズマ尾炎部での超急冷が可能であるため，従来では合成しにくい形態，結晶構造，化学組成のナノ材料の合成を得意とする．そのためナノ材料の創製プロセス構築への期待がかかる．
Li遷移金属酸化物はLiイオン電池の正極，負極の電池材料として利用されている．現在，層状岩塩型，スピネル型，オリビン型が主流である．近年，高融点金属であるNbやMoを用いた正極材料が検討されており，電池特性を向上させることが報告されている[1]．本研究では，新規の正極材料として注目されている立方晶岩塩型構造に着目する．そこで，立方晶岩塩型構造を形成しやすいLi-Ni系に，高融点金属を加えた高融点金属系リチウム複合酸化物ナノ粒子の合成およびその生成機構解明を目的とした．

実験方法
実験装置は大別してプラズマトーチ，反応チャンバー，回収フィルターの3つで構成される．キャリアガスと共に供給された原料粉体はプラズマトーチ内で蒸発し，反応チャンバーにおいて均一核生成，不均一凝縮を経てナノ粒子となる．生成されたナノ粒子はガスとともに回収部に運ばれ回収フィルターに集積し，回収される．
本実験では，Li-Me-Ni系(Me = Nb，Mo，W)の複合酸化物ナノ粒子の合成を試み，Liと金属の仕込組成をLi:Me:Ni = 2:1:1と固定した．実験条件としては，周波数4MHz，投入電力20 kW，雰囲気圧力を大気圧と固定した．また，インナーガスとしてAr (5.0 L/min)，シースガスとしてAr (57.5 L/min)，O2 (2.5 L/min)を流した．原料粉体としてLi2CO3，各種単体金属(Nb，Mo，W，Ni)を用いた．原料粉体はキャリアガス(Ar: 3.0 - 4.0 L/min)を用い，プラズマ中に供給した．合成したナノ粒子は，X線回折(XRD)，透過型電子顕微鏡(TEM)，エネルギー分散分光法(STEM-EDS)により分析した．

実験結果
原料組成比をLi:Me:Ni = 2:1:1とした際のLi-Nb-Ni系，Li-Mo-Ni，Li-W-Ni系の生成物のXRDにおいて，いずれの系においても，目的生成物である立方晶岩塩型(Fm-3m)が生成したことが示されている．特にLi-Nb-Ni系においては，Fm-3mを単相で合成できた．Li-W-Ni系においても，ほぼ単相でFm-3mが生成したのに対し，Li-Mo-Ni系においては副生成物としてMoの酸化物とLi複合酸化物が生成した．
得られた生成物中のLi-Me-Ni複合酸化物の有無を確認するために，STEM-EDSによる元素マッピングおよび半定量分析を行った．Li-W-Ni系の生成物のEDS画像ではWとNiのマッピング画像が重なっていることより，目的生成物である複合酸化物の生成が示されたが，粒子毎にNiとWの割合が異なっていた．そこで各系において，ナノ粒子毎の遷移金属組成の偏差を評価した．その結果，Li-W-Ni系の生成物が最も遷移金属組成の偏差が大きかった．これは，Wの核生成温度が他の系の金属と比較して最も高いためである．

結言
本研究では高周波熱プラズマを用いて高融点金属を用いたLi複合酸化物の合成に成功した．特にLi-Nb-Ni系においては，立方晶岩塩型ナノ粒子を単相で合成できた．また，各系において核生成温度が，生成物の遷移金属組成に影響を及ぼした．高周波熱プラズマを用いた新規の正極材料との出会いに期待がかかる．

		プラズマ・核融合学会第36回年会 若手学会発表賞 (2019年12月) 「高周波熱プラズマにおける高融点金属系リチウム複合酸化物ナノ粒子の合成」
		7th Korea-Japan Joint Symposium on Advanced Solar Cells ポスター発表賞 (2019年1月) 「Nanoparticle Synthesis of Cubic Rock-Salt Lithium Oxide with Refractory Metal for Lithium-Ion Battery Electrodes」
プラズマ・核融合学会 九州支部第22回支部大会 講演奨励賞 (2019年3月) 「高周波熱プラズマによる層状岩塩型Li-Mn-Ni複合酸化物ナノ粒子の合成」	化学工学部門2019年度修士中間発表 優秀発表賞 (2019年2月) 「高周波熱プラズマによるリチウムイオン電池用のLi-Mn-Ni複合酸化物ナノ粒子の合成」

業績は修士論文をご覧ください。