酸化物プロトニクスにおけるヘテロ界面伝導の解明とその高速プロトン移動への応用

氧化物质子学中异质界面传导的阐明及其在快速质子转移中的应用

基本信息

批准号：
19017014
负责人：
松本広重
金额：
$ 8.06万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

欠陥型のプロトン伝導性酸化物中では、プロトンは電子的欠陥と平衡関係にあり、ヘテロ界面における空間電荷の影響を受けることが予想される。このような考えのもとに、われわれはプロトン伝導性酸化物に白金ナノ粒子を分散したときの挙動について調べてきた。昨年度に行き当たったペロブスカイト型酸化物相への白金の固溶現象および、水素還元による白金ナノ粒子の析出現象を用い、本年度はSrZrO3系およびSrCeO3系の二種類のプロトン伝導体を対象として白金ナノ粒子の分散効果について検討した。SrZr0.9Y0.1O3-α/Pt系については、可逆なナノイオニクス現象が起きており、青いサンプルにおいては白金が固溶してZrサイトにカチオンとして存在し、水素にさらすことによって析出した白金が導電率を低下させることを実験的に示した。SrCe0.9Y0.1O3-α/Pt系については、白金ナノ粒子の分散により導電率が増加することが明らかとなった。以上より、Ptとの界面でSrZr0.9Y0.103-αは負に帯電した空間電荷層を形成していることが示されており、これが導電率の低下の原因であると考えられる。一方、SrCe0.9Y0.103-α系では、水素中で白金との界面においてSrCe0.9Y0.103-αが正の空間電荷を持っていると考えることができ、白金との界面においてプロトン濃度が増大している可能性が考えられる。ナノイオニクスの概念の一つであるヘテロ界面の空間電荷により、プロトンの欠陥平衡や導電率が影響を受ける、あるいは制御可能であることを本研究により示すことができたと考えられる。

在有缺陷的质子传导氧化物中，质子处于电子缺陷状态，预计将受到异源面部空间电荷的影响。基于这个想法，我们研究了铂纳米颗粒分散在质子导电氧化物中时的行为。使用去年发生的钙钛矿型氧化物相中铂溶液的现象，以及由于还原氢而导致的铂纳米颗粒降水现象，今年我们研究了两种类型的Proton Condestors中铂纳米颗粒的分散效应：Srzro3和Srceo3。关于SRZR0.9Y0.1O3-α/PT系统，发生可逆的纳米离子学现象，在蓝色样品中，铂被溶解并作为阳离子位于ZR位置的阳离子，并且经过实验表明，通过暴露于氢气降低氢的降水性降低的铂。有人发现，由于铂纳米颗粒的分散，导致SRCE0.9Y0.1O3-α/PT系统的电导率增加。从以上表明，SRZR0.9Y0.103-α在与PT界面处形成负电荷的空间电荷层，这被认为是电导率降低的原因。另一方面，在SRCE0.9Y0.103-α系统中，可以认为SRCE0.9Y0.103-α在氢气中与铂的界面处具有正空气电荷，并且质子浓度可能会在与铂金的界面上增加。据认为，这项研究表明，杂音方面的空间电荷是纳米离子学的概念之一，可以影响或控制质子的缺陷平衡和电导率。