酸化セリウムにおける粒界原子構造及びイオン伝導特性の解析

氧化铈晶界原子结构和离子传导性能分析

• 批准号: 13J10035
• 负责人: 馮 斌
• 金额: $ 1.54万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J10035/
• 关键词: 酸化セリウム; 結晶粒界; 走査型透過電子顕微鏡法; 第一原理計算; 電気化学歪み顕微鏡法

本年度では、酸化セリウム粒界における物性評価を行った。具体的には、粒界における酸素還元反応活性、粒界における酸素空孔形成エネルギー及び酸素拡散について解析を行いました。（1）本研究ではelectrochemical strain microscopy (ESM)を用いて粒界における局所酸素反応活性を測定した。こその結果、Σ5粒界におけるESM反応がバルク部分より高くなっており、酸素反応活性が高くなっていることが確認された。一方その他の粒界の活性はバルクと同じ値を示していることが確認されました。この粒界は昨年度の解析により、一番酸素空孔量が多く形成された粒界であり、酸素空孔濃度が粒界酸素反応活性に決定的な役割を果たしていることが確認されました。（2）Mott-Littleton法によりΣ5酸素化学量論組成の粒界およびΣ3粒界における酸素空孔形成エネルギーについて計算を行った。酸素空孔形成エネルギーは粒界のサイトに強く依存しており、酸素の結合状態に強く依存していることが確認された。またΣ5粒界における空孔形成エネルギーが低く、この粒界で酸素空孔が形成されやすい事から、非化学量論組成の粒界が安定であると推測される。(3) 第一原理NEB法でΣ3粒界を対象として、粒界構造における拡散現象を原子レベルで解析を行った。その結果、粒界における酸素拡散は常にバルクよりも遅くなっていることが確認された。さらに粒界面に平行な方位の酸素拡散が粒界面に垂直な方位よりも有利であることが確認された。以上今年度では、昨年度得られた酸化セリウムモデル粒界を基に、粒界における物性評価を行い、原子レベルで粒界における機能発現メカニズムを明らかにした。

The physical property evaluation of で で and acidified セリウム particle における for this year 価を conduct った. Specific に は, LiJie に お け る acid also yuan against 応 activity, LiJie に お け る acid element empty hole forming エ ネ ル ギ ー and び acid company, scattered に つ い て parsing line を い ま し た. (1) In this study, で electrochemical electrochemical strain microscopy (ESM)を was used to determine the 応 antiactivity を of the acid element at the <s:1> て particle boundary における site. こ そ の result, Σ 5 LiJie に お け る ESM anti 応 が バ ル ク part よ り high く な っ て お り, high acid element inverse 応 active が く な っ て い る こ と が confirm さ れ た. One party そ の he の LiJie の active は バ ル ク と with じ numerical を shown し て い る こ と が confirm さ れ ま し た. Annual の こ の LiJie は yesterday parsing に よ り and an acid, amount of empty hole が formed く さ れ た LiJie で あ り, concentration of acid, empty hole が LiJie acid element な battle against 応 activity に decided to cut を fruit た し て い る こ と が confirm さ れ ま し た. (2) Mott - Littleton に よ り Σ 5 acid element chemistry theory of の LiJie お よ び Σ 3 LiJie に お け る acid element empty hole forming エ ネ ル ギ ー に つ い て count を っ た. Acid, empty hole forming エ ネ ル ギ ー は LiJie の サ イ ト に strong く dependent し て お り, strong acid element の state に く dependent し て い る こ と が confirm さ れ た. ま た Σ 5 LiJie に お け る empty hole forming エ ネ ル ギ ー が low く, こ の LiJie で acid element が empty hole forming さ れ や す い matter か ら, the amount of chemical composition の LiJie が settle で あ る と speculation さ れ る. (3) the first principle of NEB method で Σ 3 LiJie を like と seaborne し て, LiJie structure に お け る company, dispersion phenomenon を atomic レ ベ ル で parsing line を っ た. そ の results, LiJie に お け る scattered は acid element company often に バ ル ク よ り も 遅 く な っ て い る こ と が confirm さ れ た. さ ら に LiJie surface parallel な に bearing の acid element company, scattered が LiJie に vertical な bearing よ り も favorable で あ る こ と が confirm さ れ た. Above our で は, yesterday's annual ら れ た acidification セ リ ウ ム モ デ ル LiJie を に, LiJie に お け る property evaluation 価 を line い, atomic レ ベ ル で LiJie に お け る function 発 now メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に し た.

项目成果

Atomic scale investigation of grain boundaries in CeO_2

CeO_2 晶界的原子尺度研究

• 发表时间: 2013
• 作者: B. Feng;H. Hojo;Y. Sato;T. Tohei;N. Shibata;T. Mizoguchi;H. Ohta and Y. Ikuhara
• 通讯作者: H. Ohta and Y. Ikuhara

Grain boundary chemistry in yttria-stabilized zirconia investigated by STEM-EDS

通过 STEM-EDS 研究氧化钇稳定氧化锆的晶界化学

• 发表时间: 2015
• 作者: B. Feng;N. Lugg;A. Kumamoto;N. Shibata and Y. Ikuhara
• 通讯作者: N. Shibata and Y. Ikuhara