Proton dynamics of proton-conducting solid electrolytes revealed with ultrafast spectroscopy

用超快光谱揭示质子传导固体电解质的质子动力学

• 批准号: 21H01015
• 负责人: 永井 正也
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01015/
• 关键词: プロトン伝導型固体電解質; 超高速分光; テラヘルツ分光; 赤外分光; 中赤外分光; 酸化セリウム

まず様々なドーパントを添加したジルコン酸バリウム焼結体を加水してプロトンドープし、中赤外領域の透過測定を行いました。その結果水酸基の伸縮振動に由来した吸収がドーパントに依存して3000 cm-1から3500 cm-1に広いスペクトル幅で現れることを見出しました。これは類似物質で既に報告されており、本研究の主となる中赤外ポンプテラヘルツプローブ分光の有効性を強く裏付ける結果です。そこで研究グループ内で既に整備されているテラヘルツ分光装置に高強度の中赤外光を入射できる実験系を新たに構築しました。また同じ物質でジルコン酸バリウムの紫外光照射発光の温度、ドーパント、加水量、グレインサイズ依存性を系統的に測定し、酸素欠損に由来する発光がドーパントの影響を強く受けることを見出しました。光励起発光スペクトル測定は固体物理では欠陥を調べる手法として一般的ですが、プロトン伝導に由来する欠陥近傍の局所構造も見出すことができる新しい手法であることを初めて実証しました。また、本研究の出発点である酸素伝導型固体電解質安定化ジルコニアと同じ結晶構造を持つ酸化セリウムにおいて、雰囲気ガス制御下でテラヘルツ分光を行い、酸素のホッピング伝導の試行運動の非線形に応じてテラヘルツ領域の伝導度が大きく変わることを見出しました。この振る舞いは酸素イオンのホッピングにおけるポテンシャル障壁で解釈することができます。この結果は、テラヘルツ分光が酸素伝導性固体電解質のイオン伝導のメカニズム解明において有用なツールであることを明らかにしました。

The addition of water to the sintered body and the determination of transmission in the outer region of the sintered body As a result, the stretching vibration of the water base depends on the absorption of the water from 3000 cm-1 to 3500 cm-1. The results of this study are as follows: A new system of high-intensity infrared light is constructed in the research area. The temperature, temperature, amount of water added, and system dependence of ultraviolet light emission of different substances were determined, and the influence of ultraviolet light emission on the cause of acid deficiency was found The optical excitation method is used to determine the structure of the solid state physics. The research results show that the acid conductive solid electrolyte stabilizes the crystal structure, and the conductivity of the solid electrolyte in the non-linear domain is large. This is the first time that I've seen this. The results show that the spectrum of acid conductive solid electrolyte is very useful.

项目成果

超短光パルスレーザー励起型高強度テラヘルツパルス発生技術の進展

超短光脉冲激光激发高强度太赫兹脉冲产生技术进展

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本赤外線学会誌
• 作者: An Zheyi;Yokota Hiroko;Kurihara Kyomaru;Hasegawa Nozomu;Marton Pavel;Glazer Anthony Michael;Uesu Yoshiaki;Ren Wei;Ye Zuo‐Guang;Pasciak Marek;Zhang Nan;永井正也
• 通讯作者: 永井正也

酸素伝導型固体電解質 酸化セリウムのテラヘルツ分光

氧导电固体电解质氧化铈的太赫兹光谱

• 发表时间: 2021
• 作者: 古谷祐人;永井正也;竹原輝;森本智英;芦田昌明;奥山勇治;可児幸宗
• 通讯作者: 可児幸宗

光励起発光測定によるBaZr1-xYxO3-δの酸素欠損周辺の構造評価

通过光激发发光测量评价 BaZr1-xYxO3-δ 中氧空位周围的结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 竹原輝;永井正也;芦田昌明;奥山勇治;可児幸宗
• 通讯作者: 可児幸宗

CeO2のテラヘルツ時間領域分光

CeO2 的太赫兹时域光谱

• 发表时间: 2021
• 作者: 古谷祐人;永井正也;竹原輝;森本智英;芦田昌明;奥山勇治;可児幸宗
• 通讯作者: 可児幸宗

Evaluation of the Oxygen Migration Energy in Doped Ceria by Terahertz Spectroscopy

• DOI: 10.1103/physrevapplied.16.064069
• 发表时间: 2021-12
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: M. Nagai;Yuto Furutani;H. Takehara;T. Morimoto;M. Ashida;Yuji Okuyama;Y. Kani