希土類二元金属酸化フッ化物の合成と常温型酸素センサー用固体電解質への利用

熱分析測定(TG測定)の結果、Nd_2Eu_2O_3F_6は大気中で700℃付近から重量減少が見られた。Ar中で昇温した場合も大気雰囲気の時と同様で、700℃付近から重量減少が見られた。他方、白金-Nd_2Eu_2O_3F_6-(Ni+NiO)混合電極という系を構築し、Ar雰囲気中で(Ni+NiO)混合電極側がアノードとなるように電場を印加し、650℃で実際に酸化物イオンの移動を試みた(電場を印加しない場合を対照実験とした)。X線回折測定の結果から、電場を印加し電流を流した場合、(Ni+NiO)混合電極中のNiがNiOになることがわかった。これに対して通電を行わずに温度だけ650℃に保持した場合はNiOがほぼ全量残存していた。このことから通電により酸化物イオンがカソード側からアノード側へ輸送されNiと反応しNiOが生成したと考えられる。また、電解質とNiは650℃ではほとんど反応せず安定に電気化学系と構築していたと考えられる。フッ化物やフッ素を含有したような相は全く観察されなかった。即ち、本実験系ではフッ化物イオンはほとんど移動せず導電に関与していないことが確認された。フッ化物イオンと酸化物イオンが共存するにも関わらず酸化物イオンだけが大きく導電に関与した理由については未だ明確ではなく、構造や構造中での各イオン種の存在状態などを考慮した上で導電のモデルを構築する必要があると思われる。以上より、 Nd_2Eu_2O_3F_6は600℃以下では熱的に安定であり、こうした温度領域においては酸素センサーや燃料電池用固体電解質として利用できる可能性があることが明らかとなった。

熱分析測定(TG測定)の結果、Nd_2Eu_2O_3F_6は大気中で700℃付近から重量減少が見られた。Ar中で昇温した場合も大気雰囲気の時と同様で、700℃付近から重量減少が見られた。他方、白金-Nd_2Eu_2O_3F_6-(Ni+NiO)混合電極という系を構築し、Ar雰囲気中で(Ni+NiO)混合電極側がアノードとなるように電場を印加し、650℃で実際に酸化物イオンの移動を試みた(電場を印加しない場合を対照実験とした)。X線回折測定の結果から、電場を印加し電流を流した場合、(Ni+NiO)混合電極中のNiがNiOになることがわかった。これに対して通電を行わずに温度だけ650℃に保持した場合はNiOがほぼ全量残存していた。このことから通電により酸化物イオンがカソード側からアノード側へ輸送されNiと反応しNiOが生成したと考えられる。また、電解質とNiは650℃ではほとんど反応せず安定に電気化学系と構築していたと考えられる。フッ化物やフッ素を含有したような相は全く観察されなかった。即ち、本実験系ではフッ化物イオンはほとんど移動せず導電に関与していないことが確認された。フッ化物イオンと酸化物イオンが共存するにも関わらず酸化物イオンだけが大きく導電に関与した理由については未だ明確ではなく、構造や構造中での各イオン種の存在状態などを考慮した上で導電のモデルを構築する必要があると思われる。以上より、 Nd_2Eu_2O_3F_6は600℃以下では熱的に安定であり、こうした温度領域においては酸素センサーや燃料電池用固体電解質として利用できる可能性があることが明らかとなった。