2007 Fiscal Year Annual Research Report
高温固体表面の動的挙動の計測によるnano-NEMCA効果の検証
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16079203
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川田 達也 Tohoku University, 大学院・環境科学研究科, 教授 (10271983)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西岡 将輝 産業技術総合研究所, コンパクト化学プロセス研究センター, 研究員 (00282575)
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| Keywords | NEMCA効果 / 表面・界面物性 / 固体酸化物燃料電池 / 酸化還元反応 / 同位体交換 / SIMS / in-situ XAFS測定 |
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| Research Abstract |
高温ナノイオニクス材料表面におけるイオン種の非平衡状態を動的に把握し、nano-NEMCA効果発現の可能性を探索することを目的として以下の研究を行った。
1.酸化物表面における酸素還元反応活性サイトの可視化:本研究で発見した酸化物ヘテロ界面での気固相反応促進効果について検証するため、(La,Sr)CoO_3/(La,Sr)_2CoO_4ヘテロ界面をPLD法によってセリア基板上に作製した。これについて酸素同位体交換を行い、同位体拡散プロファイルをSIMS分析した結果、(La,Sr)CoO_3/(La,Sr)_2CoO_4接合界面において酸素交換反応が顕著に促進されていることか確認された。また、(La,Sr)_2CoO_4かCeO_2基板に直接接触する界面ではこのような促進効果はみられなかった。酸素交換促進を電極反応に応用する際には、ヘテロ界面の存在、そして酸素高速拡散層としての(La,Sr)CoO_3層が不可欠であるという知見が得られた。
2.ヘテロ界面導入電極における電極性能評価:同位体交換/SIMS分析の結果を踏まえ、(La,Sr)CoO_3多孔質電極層/(La,Sr)_2CoO_4緻密電極層からなる積層電極を作製し、高温電気化学測定を行った。この結果、ヘテロ界面効果を電極抵抗の減少として確認することができた。
3.測定手法の整備と適用:FIB微細加工により(La,Sr)CoO_3/(La,Sr)_2CoO_4積層サンプルの断面を作製し、これについて高温・酸素分圧制御雰囲気下でX線吸収微細構造測定(in-situ μXAFS)を行った。(A03班内本助教授・雨澤助手との共同研究)位置分解能が1μm程度であることを利用し、酸化物ヘテロ界面近傍での遷移金属元素の電子状態について測定した結果、異相界面からの距離が約2μm以下で(La,Sr)_2CoO_4中のCo平均価数が(La,Sr)CoO_3中のCo平均価数に近づくことが分かった。
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