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Crystal structure and electron density distribution analyses of Nd$$_{x}$$Ce$$_{1-x}$$O$$_{2-delta}$$ for electrolyte by Rietveld/ maximum entropy method

Rietveld/最大エントロピー法によるNd$$_{x}$$Ce$$_{1-x}$$O$$_{2-delta}$$電極材の結晶構造および電子密度分布解析

田口 富嗣; 井川 直樹; 美留町 厚; 朝岡 秀人; 三輪 周平; 逢坂 正彦

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Birumachi, Atsushi; Asaoka, Hidehito; Miwa, Shuhei; Osaka, Masahiko

希土類元素を添加したセリアはイオン伝導および電子伝導を有するが、電子伝導に対してイオン伝導の割合が高いセリアは燃料電池用固体電極材として利用される。本研究では、Nd$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加したセリアについて、電子伝導を低く抑えるために重要な結晶中の電子伝導経路を特定するため、X線回折実験を実施し、Rietveld解析および最大エントロピー法解析を行った。本材料の結晶構造は基本的に無添加材と同じ構造を有し、CeとNdはランダムに4${it a}$サイトを占有し、酸素は8${it c}$サイトを占有する。また、4${it a}$-8${it c}$と8${it c}$-8${it c}$サイト間に電子の伝導経路が観察された。発表ではこれら結晶構造と電子伝導経路のNd添加量依存性についても議論する予定である。

Rare-earth doped ceria exhibits both ionic and electronic conductions, and those ceria with higher ratio of ionic conduction against electronic conduction is used as a solid electrolyte for solid oxide fuel cells. The electron density distributions in crystals are closely related to the electron diffusing pathway which affects the electronic conduction. In this study, we investigated the electron density distribution of doped ceria as a function of the content of Nd$$_{2}$$O$$_{3}$$-dopant to deduce the ratio of the electronic to ionic conduction. The crystal structure was refined with the space group, ${it Fm}$-3${it m}$, which is the same as undoped ceria. Ce and Nd ions randomly occupied the 4${it a}$ site and O ion the 8${it c}$ site. The electron conduction pathway was distributed through the 4${it a}$-8${it c}$ and 8${it c}$-8${it c}$ sites. The relationship between crystal structural change and electron density distribution as a function of the content of Nd$$_{2}$$O$$_{3}$$ dopant will be discussed.

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