第一原理計算による不定比酸化物の物性予測と超臨界水熱法を通じた新規ナノ材料の探索

利用第一性原理计算预测非化学计量氧化物的物理性质并通过超临界水热法寻找新型纳米材料

• 批准号: 16J03389
• 负责人: 横 哲
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J03389/
• 关键词: 不定比酸化物; 格子欠損; 固体内拡散; 表面エネルギー; クラスター計算

本研究では、超臨界水熱法を用いたナノ粒子合成とその構造・物性解析および、第一原理計算を用いた不定比酸化物の研究を行った。BaZrO3とSrZrO3の固溶体のナノ粒子の合成を行った結果から、BaZrO3の場合にAサイト欠損が多く粒子サイズは小さいということが明らかになった。すなわち、Aサイトイオンの化学種の差異によって、結晶構造だけでなく、欠損の生じる量や粒子サイズも大きく影響を受けることが明らかになった。Aサイトイオンの固体内拡散については、Nudged Elastic Band (NEB)計算を行い、BaZrO3中のBaおよびSrZrO3中のSrの拡散エネルギー障壁を、バルクおよび表面の場合においてそれぞれ求めた。その結果、バルクおよび表面のいずれの場合においても、Baの拡散障壁はSrの拡散障壁より有意に高く、実験において見られた、BaZrO3においてAサイト欠損がSrZrO3より多くなる現象を拡散性の点から説明できることを明らかにした。加えて、バルクより高い物性を持つナノ粒子に着目し、その構造のバルクとの差異を明らかにする実験と計算を併用した検討を行った。計算においては、クラスター構造モデルを用いてナノ構造を得た。一方で、超臨界法で得られたナノ粒子に対して、XAFS（X線吸収分光微細構造）測定を行うことで局所構造を明らかにした。その結果、クラスターの計算で得られた構造は実験的に得られているナノ粒子の構造を一定程度正しく反映していることが考えられた。クラスター計算を用いることで、バルクではなくナノ粒子の表面エネルギーを得ることに成功した。また、この計算で得られる表面エネルギーを用いて、欠損の生成により存在すると考えられる表面の組成のばらつきを考慮したうえで、実験で見られている複合酸化物の粒子サイズの差異を統一的に説明・予測することを可能にした。

In this paper, the structure, physical properties and first-principle calculation of the supercritical hydrothermal method are studied. The synthesis of BaZrO3 and SrZrO3 solid solution particles results in the absence of BaZrO3 particles. The difference between chemical species, crystal structure, and particle size is obvious. A solid internal dispersion of A, B, C, D, D As A result, BaZrO3 has a high dispersion barrier and a high dispersion barrier in SrZrO3. The difference between the structure and the particle size is calculated and discussed. The calculation of the structure of the A method of measuring particle size and XAFS (X-ray absorption spectroscopic fine structure) by supercritical method The result of the calculation is that the structure of the particle is reflected to a certain extent. The calculation of the particle surface is successful. The calculation results show that there is a difference between the surface and the particle size of the complex acid, and that there is a difference between the particle size and the particle size of the complex acid.

项目成果

XAFS測定とDFT計算によるナノ粒子の構造に関する研究

利用 XAFS 测量和 DFT 计算研究纳米粒子的结构

• 发表时间: 2016
• 作者: 横 哲;梅澤 直人;大野 隆央;大島 義人
• 通讯作者: 大島 義人

Growth of Ba1－xSrxZrO3 nanoparticles in supercritical water

Ba1－xSrxZrO3纳米颗粒在超临界水中的生长

• DOI: 10.1039/c6ra12288d
• 发表时间: 2016
• 期刊: RSC Advances
• 影响因子: 3.9
• 作者: Akira Yoko;Makoto Akizuki;Naoto Umezawa;Takahisa Ohno;Yoshito Oshima
• 通讯作者: Yoshito Oshima

超臨界水熱法による複合酸化物ナノ粒子の合成と特性評価

超临界水热法复合氧化物纳米粒子的合成与表征

• 发表时间: 2016
• 作者: 横 哲;大島 義人
• 通讯作者: 大島 義人