2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an electrochemical reactor for flexible control of anion defects
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22K19079
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20643232)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | アニオン欠陥 / 電気化学リアクター / 欠陥エンジニアリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、自在なアニオン欠陥の制御を可能とする電気化学リアクターを開発し、アニオン複合化による機能開拓の実例を示すことを目標とする。
酸化物母材に対する電気化学的Fドープの検討は順調に進めることができた。酸素組成変動が許容されるペロブスカイト酸化物(La,Sr)CoO3 を対象とした。F導入用電気化学リアクターは固体電解質としてフッ化物イオン伝導体（BaF2）を、イオン源となる対極としてPbF2-Pb混合物を使用して構築した。250℃にてリアクターに電流を流すことで(La,Sr)CoO3へのF導入処理を実施した。TOF-SIMS、XRD、XPSなどの分析により、元のペロブスカイト構造を維持したまま材料の内部までFが導入できることを確認した。またリアクターの通電量により、ドープ量を制御できることも確認できた。
一方、酸化物母材への電気化学的Cl導入は極めて困難であることが分かった。電気化学的Cl導入用電気化学リアクターは固体電解質として塩化物イオン伝導体（KドープBaCl2）を、イオン源となる対極としてPbCl2-Pb混合物を使用して構築した。F導入と同様、250℃にてリアクターに電流を流すことで様々なペロブスカイト酸化物へのCl導入処理を実施した。しかし大電圧条件（＝超高Cl活量状態）でClドープを行っても、各種分析の結果、Clはペロブスカイト構造内に導入できていないことが明らかになった。これは酸化物イオン（1.40Å）に比べて塩化物イオン（1.81Å）のサイズが大きすぎることが原因であると考えられる。電気化学的に大きな反応駆動力を創り出しても、大きなサイズ差を克服することは困難であることを示唆する重要な結果である。
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