| 研究概要 |
本研究では,酸化物イオン-電子(ホール)混合導電性酸化物(電極I)/イオン伝導体/金属(電極II)から構成した非対称ミクロセルからなる複合(コンポジット)電気化学触媒(CECC)の作動原理の検証とNOxの酸化・還元反応の触媒活性に関する基礎的特性を検討した.最初に,Nd_<2-x>Ce_xCuO_4/Nd-doped CeO_2/Auおよび(NiO/YSZ/Auの構成について触媒活性を確認した.さらに参照極を加えた三端子分極セルを構成して行った直流分極実験より,多孔質酸化物電極側では反応ガス種(NO_2とO_2)の気孔内ガス拡散/競合吸着と電荷移動反応の混合律速を,金電極側では電荷移動律速を仮定したモデルで電荷移動反応を解析して速度御パラメータを求め,交換電流密度を求めて混成電位を解析した.このコンポジット化による効果は,不均質接触界面近傍に形成される空間電荷層を構成イオン(または構造欠陥)が緩和することと,表面に吸着した種々のガス分子による緩和過程が重要であることを示唆している.フェルミ準位付近の電子構造と電荷担体の濃度は互いに相関があり,その移動度が速度論的特性に大きな影響を及ぼしていると推定した.以上の知見をもとに,酸化物電極の優勢キャリアの濃度と移動度,電子分光法による電子構造の観察,ゾル-ゲル法をはじめとする多孔質から成る高効率電気化学触媒の合成法の開発と相関係を明らかにした.また,NOxの直接分解反応は活性化エネルギーが高いために実現が困難であり,水を大量に溶解して高いイオン移動度と電子欠陥濃度を有するプロトン/電子(ホール)混合導電体が優れた特性を有すると推定されたため,その基本的な固体電気化学的特性を検討するとともに,光電子分光法,軟X線吸収分光測定を行い,関連物質の表面電子構造の解明と異相界面における界面構造の特異性について検討を加えた.
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