2004 Fiscal Year Annual Research Report
計算機シミュレーションによるナノイオニクス現象の解明
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16079209
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
下條 冬樹 熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安仁屋 勝 熊本大学, 理学部, 教授 (30221724)
渡邉 聡 東京大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00292772)
小山 敏幸 熊本大学, 物質・材料研究機構・計算材料科学研究センター, 主任研究員 (80225599)
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| Keywords | ペロブスカイト型酸化物 / 分子吸着 / 表面再構成 / 第一原理 / シミュレーション / 水素 / ナノ材料 / 燃料電池 |
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| Research Abstract |
理論的方法、主として計算機シミュレーションの手法を駆使して、固体酸化物型燃料電池の電極における界面反応機構や構成要素の劣化機構の解明を目指した研究を推進している。本年度は、ペロブスカイト型酸化物表面の水分子吸着の第一原理計算、安定化ジルコニアの相分解過程のPhase-fieldシミュレーションおよび、イオン伝導性ガラス等の分子動力学計算等を行った。主な研究成果は以下の通りである。
1.第一原理電子状態計算を行い、SrTiO_3(001)-TiO_2表面近傍に水分子を導入した際のエネルギー変化を求めた。この計算より、水分子の吸着サイトは、表面Ti^<4+>の直上および、酸素の表面欠陥の位置であることが明らかになった。各サイトに導入された水分子に対して動的シミュレーションを行うと、水分子はSrTiO_3(001)表面に解離吸着することがわかる。解離吸着後、表面では特徴的な原子配置の再構成が起こる。具体的には、表面Ti^<4+>近傍に吸着する場合は、TiO_5Hというユニットが形成される形で表面再構成し、酸素の表面欠陥近傍に吸着する場合は、TiO_4Hというユニットが形成される。これらの結果は、プロトン吸収の初期過程を考える上で非常に興味深いものである。
2.ZrO_2-8mol%YO_<1.5>に対する相分解過程のPhase-fieldシミュレーションより、相分解初期に周期的な変調構造が形成され、時効の進行に伴い、組織はほぼ自己相似性を保ちつつ粗大化していくことが明らかになった。この結果は、電極表面の劣化機構に関連した重要な成果である。
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