非平衡ガス反応における特異化学ポテンシャル場形成と反応制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15686033
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 八代 圭司 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (20323107)
• Keywords: 化学ポテンシャル / 酸素不定比性 / 表面 / 酸化物触媒 / NO_x

Research Abstract

ペロブスカイト型酸化物は多機能な材料として知られており、触媒、ガスセンサーとしての研究も以前から盛んに行われている。これまでの研究で、LaCoO_3系材料において、NO_2による起電力変化からサンプルの酸素ポテンシヤルを測定したところ、600℃においてN0_2の導入により気相から予想されるより遥かに大きな1bar以上の酸素ポテンシャルが観測される条件があった。同様の特異酸素ポテンシャルは、気相に微量NO_xを導入した時にもサンプルの重量変化として観測され、NO_2分圧に対する依存性はどちらの実験においても一次であった。この結果から特異酸素ポテンシャル触媒活性はバルク材料の酸素収着量(酸素空孔量)に密接に関わることがわかった。
この特性をセンサーや触媒などへ実際に応用する際には薄膜等へ加工し、効率よく試料を利用する必要がある。しかしながら薄膜化した際にもこれらの特異化学ポテンシャルの形成が維持されるのかは疑問が残るところである。そこで、パルスレーザーデポジション(PLD)法により、(La,Sr)CoO_3の緻密膜をGdをドープしたCeO_2上へ製膜し、三端子電気化学セルを作製、さらに複素インピーダンス測定などの電気化学測定により高温の非平衡ガス存在下での薄膜物性への特異酸素ポテンシャルの影響の評価を行った。複素インピーダシス測定および回路フィッテイングの結果、電極由来のキャパシタンス成分が醸素空孔量に対応することを見出した。この値は微量N0_2の導入により、大きく変化することから薄膜上でもバルク体と同様の特異化学ポテンシャル場が形成されていることが確認できた。このとき、質量分析計による出口ガス分析においてはNOが主要な生成物として観測されており、(La,Sr)CoO_3表面では主にNOへの分解が起こっていることが示唆された。

Research Products

• [Publications] T.Murai, K.Yashiro, 他5名: "In situ Fourier Transform Infrared Spectroscopy of Oxygen Species on Pt/YSZ Electrodes at High Temperature"Transactions of the Materials Research Society of Japan. (in press). (2004)