固体NMR法による酸素欠陥構造定量解析と材料開発に向けた指針構築

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00959
• 研究種目: 奨励研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 2190:物理化学、機能物性化学、有機化学、無機・錯体化学、分析化学、高分子、有機材料、無機材料化学、エネルギー関連化学、生体分子化学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 安東 真理子 東北大学, 工学研究科, 技術専門職員
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 –
• キーワード: 核磁気共鳴装置 / 固体NMR / 燃料電池 / 材料開発

研究成果の概要

結晶性イオン伝導体は固体酸化物燃料電池の電解質材料として研究が盛んに行われている。優れたイオン伝導体を開発するためにはイオン伝導の機構を調べることが重要であり、結晶性イオン伝導体に添加されたイオンと、それによって生じた周辺の欠陥等の局所構造解析を調べることは高イオン伝導機構解明のための重要な情報源となる。ビスマス系酸化物伝導体は、他の酸化物イオン伝導体と比較してもそのイオン伝導度は高い物質群として知られている。
Ｙ添加量に伴うY-89, O-17 NMRスペクトル変化から、(Bi2O3)1-x(Y2O3)xのより詳細な酸素欠陥構造の解析を目的とした。

自由記述の分野

核磁気共鳴装置

研究成果の学術的意義や社会的意義

（Bi2O3）1-x(Y2O3)のO-17NMR測定はそのまま測定したのでは感度が悪く、信号はノイズレベルであった。そこで、置換装置を用いてO-17同位体置換の条件検討を行い、通常の1000倍程度の感度向上を達成した。O-17置換した（Bi2O3）1-x(Y2O3)を用いてO-17NMR測定を行い、詳細な構造解析を行った。各組成毎の波形分離から、定量的に各酸素サイトの存在比を比較することが出来きた。Y-89NMRの結果も合わせると、組成におけるY添加量が増えると、Body diagonal<1,1,1>V0-V0 pairを持つ6配位のイットリウムも増えていくことが分かった。