2023 Fiscal Year Final Research Report

Structural Design of Selective Oxygen Highly Permeable Materials Based on a Complete Understanding of Oxygen Permeation Kinetics in Mixed Conducting Oxides

Research Project

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Project/Area Number	21H02029
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	Matsuda Motohide 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (80222305)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鈴木達国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, グループリーダー (50267407) 下條冬樹熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (60253027) 永井杏奈熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (30910400)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	混合導電性酸化物 / 酸素透過性 / 配向体作製 / 磁場配向
Outline of Final Research Achievements	In this study, oriented bulks of Ni-based layered perovskite compounds, known as mixed conducting oxides, were prepared by a magnetic field assisted orientation process, and analyzed for oxygen isotope diffusion profiles by secondary ion mass spectrometry after oxygen isotope exchange treatments. From the results obtained, the diffusivity of oxide ions and surface exchange properties were estimated. As a result, a change in the temperature dependence of the diffusion coefficient of oxide ions was observed for Nd2NiO4, which was not for La2NiO4, indicating the importance of composition selection for the development of oxygen permeable materials. In addition, a large crystallographic orientation dependence was observed in the diffusion coefficient of oxide ions, but no significant anisotropy was found in the surface exchange property.
Free Research Field	機能性セラミックス材料工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	混合導電性酸化物が示す酸化物イオン・電子混合導電性は、空気中から高純度酸素を取り出すための技術や、天然ガスからガソリンや灯油といった液体燃料を合成するための技術など様々な分野への展開が可能な性質である。現在Ni系層状ペロブスカイト化合物が選択的酸素高透過性材料として一つの有望な物質として注目されているが、その性質の理解は十分に進んでいるとは言い難い状況である。本研究では、酸素透過性を支配する酸化物イオンの拡散性と表面交換性を組成や組織の観点から検討しており、その成果は選択的酸素高透過性材料の構造設計上有意義な知見を含むものと考えている。