| 研究課題/領域番号 |
24226016
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
石原 達己 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80184555)
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| 研究分担者 |
八島 正知 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00239740)
萩原 英久 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30574793)
伊田 進太郎 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70404324)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノイオニクス / 燃料電池 / エネルギー効率化 |
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| 研究実績の概要 |
ナノサイズにおける混合伝導体や酸素イオン伝導体における異常な酸素拡散に立脚する各種機能材料の開発を目的として検討を行った。昨年度までに局所歪により酸素イオン伝導が大きく向上できることを明らかにした。また、ナノ積層膜では化学的な緩和過程で、大きな表面の活性の向上が行えることが分かった。そこで、本年度は、ナノ積層膜を利用した燃料電池のアノードへの応用を検討し、従来は三相界面と言われる活性点でアノード反応は進行するが、今年度、CeO2とLaFeO3系酸化物のナノ積層膜を作成したところ、アノード過電圧が低減できることを見出した。そこで、緻密膜のアノードでも、局所歪により酸素の拡散性を向上できると燃料極としても活性の向上ができることを明らかにした。またダブルカラムナーについても、作成を検討し、ナノ積層膜でなく、ダブルカラムナー構造の方が電極性能は向上できることが分かった。そこで、今後、燃料極の反応性と酸素イオン伝導度の関係を明確にする予定である。
一方、金属を分散した材料におけるナノイオニクス効果を引き続き検討した。今年度はPtのPr2NiO4内への分散について検討を行ったところ、Ptを分散することで、熱膨張の関係から、格子には圧縮応力が発生し、格子が収縮した。この結果、従来検討してきたAuの分散系とは逆に、ホール濃度が低下し、電気伝導度は低下することが分かった。酸素イオン伝導度は、ホール濃度の低下による格子間酸素の減少で、減少することが分かった。そこで、格子内への歪の導入は、混合伝導体については、伝導特性に大きな影響があることが分かった。一方、歪の効果は単にバルクの伝導特性のみでなく、表面の反応性に関しても著しい影響があることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ほぼ目的とした成果が得られており、おおむね順調に進んでいる。一方、当初、予期していなかったが、格子歪をかけると表面での反応性は大きく変化することが明確になり、この触媒への展開が大きな正の効果を示すことを見出し、計画以上に進んでいると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）ナノ積層の作製法の検討：ナノシートのような化学的に処理して得られた単原子、単結晶に近いシートを積層できると、物理的な製膜方法とは異なるナノコンポジット膜の作成が期待できる。本研究ではナノシートに加えて、ナノキューブのような構造制御ナノ粒子の積層法による、界面の作成を行い、伝導性の違いを明確にする。
２）界面構造の詳細な構造解析とイオン拡散機構の解明：金属のナノ粒子の分散は容易に大きな格子歪を導入でき、混合伝導特性に大きな影響を及ぼすことから、引きつづき、高分散な金属を分散した混合伝導体の物性の変化を検討する。とくに、今年度は、最終年度でもあることから、量子計算シミュレーションやTEM+EELS観察、固体NMRなどを併用して、検討を行い、ナノ領域で向上する酸化物イオン伝導との関係を明確にする。
３）ナノイオニクス材料の触媒への展開：従来の研究では酸化触媒の検討を行ってきたが、格子の歪は表面組成と表面の反応性に著しい効果を生むことが明確になりつつあることから、本年度はナノコロイドに着目し、金属における格子歪効果を検討するとともに、バルクへナノ金属分散した系の触媒反応への応用を行う予定である。とくにNOの直接分解や光触媒への応用を検討する。
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