Development of an electrochemical reactor for flexible control of anion defects

本研究では、自在なアニオン欠陥の制御を可能とする電気化学リアクターを開発し、アニオン複合化による機能開拓の実例を示すことを目標とする。研究前半では、ペロブスカイト関連酸化物に異種アニオンを導入し、アニオン複合化による結晶構造および電子構造への影響を評価する。さらに後半では、酸フッ化物を対象に、酸素組成とフッ素組成の両方を精密に制御することを目指す。本研究により、「アニオン機能を最大限活用する」ための技術確立を目指す。今年度は酸素組成変動が許容されるペロブスカイト酸化物(La,Sr)CoO3 を対象として、電気化学的F導入および電気化学的Cl導入を検討した。F導入用電気化学リアクターは固体電解質としてフッ化物イオン伝導体（BaF2）を、イオン源となる対極としてPbF2-Pb混合物を使用して構築した。250℃にてリアクターに電流を流すことで(La,Sr)CoO3へのF導入処理を実施した。TOF-SIMS、XRD、XPSなどの分析により、元のペロブスカイト構造を維持したまま材料の内部までFが導入できることを確認した。またリアクターの通電量により、ドープ量を制御できることも確認できた。一方、Cl導入用電気化学リアクターは固体電解質として塩化物イオン伝導体（KドープBaCl2）を、イオン源となる対極としてPbCl2-Pb混合物を使用して構築した。F導入と同様、250℃にてリアクターに電流を流すことで(La,Sr)CoO3へのCl導入処理を実施した。しかし各種分析の結果、Clはペロブスカイト相に導入できていなかった。酸化物イオン（1.40Å）に比べてサイズが大きな塩化物イオン（1.81Å）を導入するのは困難であるためと考えられる。Clドープについては、より大きな空隙を有した母材料を対象に再検討する予定である。

本研究では、自在なアニオン欠陥の制御を可能とする電気化学リアクターを開発し、アニオン複合化による機能開拓の実例を示すことを目標とする。研究前半では、ペロブスカイト関連酸化物に異種アニオンを導入し、アニオン複合化による結晶構造および電子構造への影響を評価する。さらに後半では、酸フッ化物を対象に、酸素組成とフッ素組成の両方を精密に制御することを目指す。本研究により、「アニオン機能を最大限活用する」ための技術確立を目指す。今年度は酸素組成変動が許容されるペロブスカイト酸化物(La,Sr)CoO3 を対象として、電気化学的F導入および電気化学的Cl導入を検討した。F導入用電気化学リアクターは固体電解質としてフッ化物イオン伝導体（BaF2）を、イオン源となる対極としてPbF2-Pb混合物を使用して構築した。250℃にてリアクターに電流を流すことで(La,Sr)CoO3へのF導入処理を実施した。TOF-SIMS、XRD、XPSなどの分析により、元のペロブスカイト構造を維持したまま材料の内部までFが導入できることを確認した。またリアクターの通電量により、ドープ量を制御できることも確認できた。一方、Cl導入用電気化学リアクターは固体電解質として塩化物イオン伝導体（KドープBaCl2）を、イオン源となる対極としてPbCl2-Pb混合物を使用して構築した。F導入と同様、250℃にてリアクターに電流を流すことで(La,Sr)CoO3へのCl導入処理を実施した。しかし各種分析の結果、Clはペロブスカイト相に導入できていなかった。酸化物イオン（1.40Å）に比べてサイズが大きな塩化物イオン（1.81Å）を導入するのは困難であるためと考えられる。Clドープについては、より大きな空隙を有した母材料を対象に再検討する予定である。