プロトン伝導性リン酸塩の欠陥構造と導電機構の解明

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前年度に得られたSr添加LaPO_4における欠陥構造及びプロトンの伝導機構に関する知見を指針とし、「新規なリン酸塩系固体プロトン伝導体」の開発を行った。これまで詳細な研究を行ってきたLaPO_4と同じ結晶構造(モナザイト型構造)をもつ一連の希土類オルトリン酸塩(LnPO_4,Ln=Ce, Pr, Nd, Sm)系材料における電気伝導特性について検討した。その結果、Laの場合と同様、Pr, Nd, Smの各オルトリン酸塩が500〜950℃の高温において良好なプロトン伝導性を示し,かつ高温・酸化性条件下においても非常に高いプロトン輸率を持つことを明らかにした.これに対しCePO_4は、電子伝導による寄与があるもののやはりプロトン伝導性を示し、かつ他のモナザイト型希土類オルトリン酸塩とは異なり非常に高い導電率(10^<-2>S/cm)を有することが明らかになった。特にCePO_4の導電率は、高温プロトン伝導体の研究の中心であった酸化物系材料と同程度であり、本研究によりリン酸塩系材料が新規な高温プロトン伝導体として有望であることが初めて示された。さらに、結晶構造の異なるゼノタイム型希土類オルトリン酸塩であるYPO_4系材料におけるプロトン伝導についても検討した。その結果、ゼノタイム型希土類オルトリン酸塩も500〜950℃の高温において良好なプロトン伝導性を示しすことがわかった。特に同材料が、従来の材料では電子伝導による寄与が無視できなくなる900℃以上の高温においても、ほぼ純粋なプロトン伝導体として機能することを明らかにした。なおH13年度に得られた成果については,第68〜69回日本電気化学会(各1件)、第88〜89回粉体粉末冶金協会(各2件)、第27回固体イオニクス討論会(1件)、11th International Conference on Solid State Protonic Conductorsにおいて発表済・予定である.