Development of an electrochemical reactor for flexible control of anion defects

开发灵活控制阴离子缺陷的电化学反应器

• 批准号: 22K19079
• 负责人: 中村 崇司
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19079/
• 关键词: アニオン欠陥; 電気化学リアクター; 欠陥エンジニアリング

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。

这项研究旨在开发一种电化学反应器，该反应器允许自由控制阴离子缺陷，并通过阴离子复合材料提出功能开发的示例。在研究的上半年中，将异源阴离子引入与钙钛矿相关的氧化物中，并评估阴离子络合物对晶体结构和电子结构的影响。此外，在下半年，我们旨在精确控制酸氟化物的氧和氟组成。这项研究旨在建立技术以“最大化阴离子功能的使用”。今年，我们研究了钙钛矿氧化物（LA，SR）COO3的电化学F和电化学CL的引入，这允许氧组成的变化。使用氟离子导体（BAF2）作为固体电解质和PBF2-PB混合物作为用作离子源的反电极，用氟离子导体（BAF2）构建了用于F诱导的电化学反应器。 f引入处理通过在250°C下通过反应器将电流通过反应器进行了（LA，SR）COO3。 TOF-SIMS，XRD，XPS等的分析证实，可以将F引入材料的内部，同时保持原始的钙钛矿结构。还可以证实，掺杂量可以由施加到反应器的电流量控制。另一方面，使用氯离子导体（K掺杂的BACL2）作为固体电解质和PBCL2-PB混合物作为用于离子源的计数器电极，构建用于引入CL的电化学反应器。与f引入类似，Cl引入对（LA，SR）COO3的处理是通过在250°C下通过反应器的电流进行的。但是，各种分析表明，无法将CL引入钙钛矿阶段。这被认为是因为很难引入氯离子（1.81Å），该离子的大小大于氧化物离子（1.40Å）。将对具有较大空隙的母材料重新检查CL掺杂。

项目成果

電気化学リアクターを用いたペロブスカイト酸化物へのフッ素ドープ

使用电化学反应器进行钙钛矿氧化物的氟掺杂

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝又琢也;山本孟;麻生亮太郎;木村勇太;雨澤浩史;中村崇司
• 通讯作者: 中村崇司

エネルギー材料におけるアニオン欠陥の機能解明とその応用

能源材料中阴离子缺陷的功能解析及其应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村崇司;Xue-Yan Hou;勝又琢也;木村勇太;雨澤浩史
• 通讯作者: 雨澤浩史

欠陥制御による酸化物OER触媒の高性能化指針の確立

建立通过缺陷控制提高氧化物 OER 催化剂性能的指南

• 发表时间: 2022
• 作者: 木幡 壮真;木村 勇太;雨澤 浩史;大石 昌嗣;藤代 史;高橋 伊久磨;八木 俊介;中村 崇司
• 通讯作者: 中村 崇司

アニオン含有無機固体材料の製造方法、アニオン含有無機固体材料の製造装置およびアニオン含有 無機固体材料

含阴离子无机固体材料的制造方法、含阴离子无机固体材料的制造装置及含阴离子无机固体材料

• 发表时间: 2022

Flexible Synthesis of Mixed-Anion Compounds by Electrochemical Reactors

电化学反应器灵活合成混合阴离子化合物

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Katsumata;Hajime Yamamoto;Ryotaro Aso;Yuta Kimura;Koji Amezawa and Takashi Nakamura
• 通讯作者: Koji Amezawa and Takashi Nakamura