| 研究課題/領域番号 |
19206081
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
武津 典彦 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (80029355)
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| 研究分担者 |
栗田 典明 名古屋工業大学, 工学研究科, 准教授 (20292401)
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| キーワード | 固体イオニクス / プロトン伝導 / 燃料電池 / 水素センサ / 水素透過 / アルミナ / 欠陥構造型プロトン導電体 / H / D同位体効果 |
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| 研究概要 |
本年度はアルミナにドーパントを強制固溶させる方法として、三価の遷移金属イオンを溶解させて酸化状態から強制還元して二価のドーパントとして凍結させる方法について検討を行った。まずドーパントとして全率固溶するクロミアを選び、水素ガスにて還元する方法、酸素イオン導電体を用いて水蒸気雰囲気で電解脱酸により還元する方法、プロトン導電体を用いて水素雰囲気で水素を電解注入することにより還元する方法の三つの方法を試みた。何れの場合にもCr2%を含むアルミナ単結晶を試料に用いて還元処理を行い、OH伸縮振動に基づく赤外線吸収より溶解度を調べた。その結果、何れの場合もプロトンの溶解は認められたが、印加による効果は殆ど認められなかった。また、その溶解量はすでに報告したアルカリ土類の二価イオンをドーパントとした場合の溶解量とほぼ同じであった。この系ではクロムの三価が作る準位が溶解水素の1s電子が作る準位より高く、水素による還元は不可能で、観察された微量の溶解は不純物ドーバントに起因するものである可能性がある。次にCoを0.5%含むアルミナの単結晶および多結晶について、高温で水素ガスにて還元する方法で、赤外吸収、紫外可視光吸収、電気伝導度のH/D同位体効果の測定で溶解状態、溶解量、電導度を調べた。その結果、プロトンの溶解が認められ、その温度依存性は従来のアルカリ土類の二価イオンをドーパントとした場合とは異なり、温度の上昇と共に溶解量は増加し、水素分圧の1/4乗に依存することが明らかになった。さらに光吸収測定よりCoはほとんどが三価の状態であることが確認できた。これらの結果から、この系ではCoの一部が還元されて電気的中性を保つ形でプロトンが導入されていることが明らかとなった。この結果は、系を選ぶことにより、このタイプの強制固溶で優れたプロトン導電体が開発される可能性を示唆するものである。
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