ナノポーラス・マイエナイト系セラミックスの酸化反応性を担う活性酸素種

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マイエナイト(12CaO-7Al_2O_3,C12A7)系結晶の籠状構造に生成する過酸化物(O_2^<2->)イオンの生成起源を明らかにし、その酸化活性を液相中や真空中で実証し、この酸化活性を利用するための材料製造法と利用法を開拓することを目的とした。マイエナイト系セラミックスは、高温酸化雰囲気中で白金を酸化するほどの活性を示す事が知られているが、その起源については10年来の謎であった。この起源が過渡的に生成する活性な酸素原子にあり、それが安定化された形態がO_2^<2->-イオンであるという仮説をたて、その実証実験を進めた。酸素雰囲気中で、のC12A7結晶中でのO_2^<2->-イオンの生成条件を電子スピン共鳴法、ラマン分光法に加えて、新たに開発した溶液系の適定法によって評価し、高温ほどO_2^<2->-イオンが生成しやすい事を明らかにした。一方、その場雰囲気制御ラマン分光法では、高温保持中そのものでは、O_2^<2->-イオンが生成せず、その冷却過程でO_2^<2->-イオンが生成している事を示した。これらの実験結果から熱力学的考察も含めて仮説の実証を試みた。また、マイエナイトの派生物質である(12SrO・7Al_2O_3,S12A7)は準安定相であり、その合成は1000℃以下のセラミック材料としては低い温度域に限定されていた。一方で、S12A7はC12A7よりも優れた触媒活性や電子放出能などが期待できることから、より有効な合成ルートの確立が望まれていた。本研究によって、あらたな有効な出発原料組成を見出し、1350℃程度の十分な温度域での常温焼結や、プラズマスパーク焼結報による緻密化が可能である事を示した。