プロトン伝導性酸化物のドーパントの位置と理論計算のための格子エネルギーの評価

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K23577
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学 (2020); 九州大学 (2019)
• 研究代表者: 藤崎 貴也 東北大学, 多元物質科学研究所, 学術研究員 (30846564)
• 研究期間 (年度): 2019-08-30 – 2021-03-31
• キーワード: 第一原理計算 / クラスター展開法

研究成果の概要

本研究は、水蒸気電解や燃料電池の電解質に応用可能なプロトン伝導性酸化物に注目した。これはペロブスカイト構造に三価のカチオンが一部添加されている。有限温度におけるカチオンの位置を、密度汎関数理論とクラスター展開・モンテカルロ法によって調査したところ、それはクラスターを作らず孤立していることが示された。また、新たに東北大学の研究グループとの共同研究も始まり、三価のカチオンの位置が体積弾性率に与える影響も明らかにすることができた。この研究は日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウムではベストプレゼンテーション賞を受賞した。

自由記述の分野

プロトン伝導性酸化物

研究成果の学術的意義や社会的意義

燃料電池の電解質に応用可能なプロトン伝導性酸化物の物性を、原子スケールから理解するためには、コンピュータを使った理論的研究手法が欠かせない。この手法を実施する上で、「原子配置に依存したプロトン伝導体の静電ポテンシャルの和が、理論計算で最小であれば、その原子配置は実験的にも再現されるべきである」との認識は研究者コミュニティーの間で半ば常識となっていた。しかしながら、申請者は密度汎関数理論(DFT)とクラスターエクスパンション・モンテカルロ(CEMC)法を用いることで、上記の常識は必ずしも当てはまらないことを示唆することが出来た。