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論文

マルチプローブを用いた安定化ジルコニアのアニールによる結晶、局所構造への影響の研究

伊藤孝憲*; 森昌史*; 犬飼学*; 仁谷浩明*; 山本孝*; 宮永崇史*; 井川直樹; 北村尚斗*; 石田直哉*; 井手本康*

Photon Factory News, 33(1), p.18 - 24, 2015/05

http://pfwww.kek.jp/publications/pfnews/33_1/saikin1.pdf

固体酸化物型燃料電池の電解質に用いられる安定化ジルコニアにおいて、長時間アニールによる結晶構造、局所構造への影響をマルチプローブ(放射光, 中性子, 第一原理計算)によって考察した。放射光X線,中性子回折を用いたリートベルト解析、最大エントロピー法解析の結果から、アニールすることで、周期的構造が秩序的となる場合と無秩序的になる場合があることが分かった。一方、X線吸収スペクトルと第一原理計算によると、アニールによってZrO $_{8}$ が歪むことが確認された。これらの結果から、アニールによる導電率の低下は周期的構造が関係していると考えられる。

論文

Effect of annealing on crystal and local structures of doped zirconia using experimental and computational methods

伊藤孝憲*; 森昌史*; 犬飼学*; 仁谷浩明*; 山本孝*; 宮永崇史*; 井川直樹; 北村尚斗*; 石田直哉*; 井手本康*

Journal of Physical Chemistry C, 119(16), p.8447 - 8458, 2015/04

https://doi.org/10.1021/jp5117118

被引用回数：18 パーセンタイル：50.75(Chemistry, Physical)

放射光X線や中性子線回折によるリートベルト解析・最大エントロピー法解析、X線吸収スペクトル法と第一原理計算を併用することによって、2種類のジルコニア((Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ および(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ )の結晶構造や局所構造に対するアニーリング効果の相違を調べた。これらジルコニアは共に空間群-3で、大きな原子変位パラメータを持つ立方晶構造であるが、(Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ はアニーリングによって原子変位パラメータが減少し、結晶中の電子は、Zr/酸素サイトに集まる傾向を示した。一方、(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ ではこれとは逆の傾向を示した。これらの傾向の違いは、(Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ ではアニーリングによってジルコニア結晶を構成するZrO $_{8}$ 多面体では局所的な歪みが生じるがその周期性はないこと、一方、(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ 中のZrO $_{8}$ 多面体は周期性を有し、かつ局所的な歪みが生じるためであることが明らかになった。

論文

Protonic conduction, crystal and electronic structures of La $_{0.9}$ Ba $_{1.1}$ Ga $_{0.95}$ Mg $_{0.05}$ O $_{4-delta}$

浜尾尚樹*; 北村尚斗*; 伊藤孝憲*; 井川直樹; 井手本康*; 大道博行; 加来正典*; 窪寺昌一*

Solid State Ionics, 253, p.123 - 129, 2013/12

https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.09.021

被引用回数：3 パーセンタイル：15.44(Chemistry, Physical)

燃料電池用固体電解質材料、La $_{0.9}$ Ba $_{1.1}$ Ga $_{0.95}$ Mg $_{0.05}$ O $_{4-delta}$ を固相反応法で合成し、電気伝導度やRietveld/最大エントロピー法による結晶構造解析を行った。基本材料であるLaBaGaO $_{4}$ の一部をBaやMgで置換することで、プロトン伝導度が向上した。Rietveld/最大エントロピー法解析の結果、1000Kまでの温度ではLa $_{0.9}$ Ba $_{1.1}$ Ga $_{0.95}$ Mg $_{0.05}$ O $_{4-delta}$ はLaBaGaO $_{4}$ と同じ結晶構造を有すること、プロトンはO3サイト近傍に配置し、この酸素と水素結合していることがわかった。

論文

Study of oxygen ion diffusion in (Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33-delta}$ through neutron diffractions at 300 and 720 K

伊藤孝憲*; 平井岳根*; 山下純一*; 渡部昌司*; 川田悦也*; 北村尚斗*; 井手本康*; 井川直樹

Physica B; Condensed Matter, 405(8), p.2091 - 2096, 2010/04

https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.01.109

被引用回数：15 パーセンタイル：55.02(Physics, Condensed Matter)

酸素イオン伝導体(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33-delta}$ について、高温中性子回折実験を行い、リートベルト法,最大エントロピー法(MEM)及びMEMに基づくパターンフィッティング法(MPF)解析によって、本物質における酸素拡散機構を解析した。720Kでは、多量の欠損が生じている4サイト上に存在する酸素の異方性原子変位パラメータと中性子散乱長密度は4及び8サイト方向を向いていることから、酸素イオンは4-4サイト間及び4-8サイト間を経由して拡散していることを明らかにした。

論文

Study of mechanism of mixed conduction due to electrons and oxygen ions in (La $_{0.75}$ Sr $_{0.25}$ )MnO $_{3.00}$ and (Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ through rietveld refinement and MEM analysis

伊藤孝憲*; 白崎紗央里*; 藤江良紀*; 北村尚斗*; 井手本康*; 大坂恵一*; 廣沢一郎*; 井川直樹

電気化学および工業物理化学, 77(2), p.161 - 168, 2009/02

https://doi.org/10.5796/electrochemistry.77.161

被引用回数：3 パーセンタイル：8.22(Electrochemistry)

電子伝導と酸素イオン伝導の混合伝導体である(La $_{0.75}$ Sr $_{0.25}$ )MnO $_{3.00}$ と(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ の結晶構造を中性子回折法によって、電子密度分布を放射光X線回折法によって解析した。(La $_{0.75}$ Sr $_{0.25}$ )MnO $_{3.00}$ は空間群がであり、(La,Sr), Mn, Oが各々6, 6, 18サイトを占める。(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ はを取り、(Ba,Sr), (Co/Fe), O1, O2が各々8, 8, 4, 8サイトを占め、また、O1及びO2の占有率は0.59, 0.87であることがわかった。(La $_{0.75}$ Sr $_{0.25}$ )MnO $_{3.00}$ におけるMn-O面と(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ における(Co, Fe)-O2面は強い共有結合を持つことから電子伝導に寄与し、(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ における(Ba, Sr)-O1面は高い酸素欠損率を有する強いイオン結合性を持つことから酸素イオン伝導に寄与することが明らかになった。

論文

Determination of crystal structure and charge density of (Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ by Rietveld refinement and maximum entropy method analysis

伊藤孝憲*; 西田有希*; 冨田文*; 藤江良紀*; 北村尚斗*; 井手本康*; 大坂恵一*; 廣沢一郎*; 井川直樹

Solid State Communications, 149(1-2), p.41 - 44, 2009/01

https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.10.020

被引用回数：36 パーセンタイル：76.96(Physics, Condensed Matter)

(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{2.33}$ の結晶構造と電子密度分布を中性子回折及びX線回折法によって解析した。結晶構造は空間群の分割原子モデルによる解析の結果、酸素1(4)及び酸素2(8)サイトの席占有率が各0.59, 0.87であり、(Co, Fe)-O2面は異方性共有結合とイオン結合、(Ba, Sr)-O1結合は低密度のイオン結合性であることが明らかになった。

口頭

SOFC空気極材料におけるMEM解析による酸素イオン-電子混合伝導の考察

伊藤孝憲*; 横手武徳*; 北村尚斗*; 井手本康*; 佐久間隆*; 高橋東之*; 井川直樹

no journal, ,

固体酸化物型燃料電池は作動温度の低温化が求められており、空気極材料の開発が課題となっている。本研究では、高温作動型材料La $_{0.73}$ Sr $_{0.24}$ MnO $_{3}$ と中温度作動型材料(Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ )(Co $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ )O $_{3-delta}$ について中性子回折及び放射光X線回折を行い、リートベルト解析及び最大エントロピー法解析の結果から酸素イオン-電子混合伝導メカニズムを考察する。

口頭

中性子,放射光X線回折を用いたSOFC空気電極の構造解析

伊藤孝憲*; 横手武徳*; 北村尚斗*; 井手本康*; 佐久間隆*; 高橋東之*; 井川直樹

no journal, ,

固体酸化物燃料電池の空気極材料として、電子-酸素イオン混合伝導を有するペロブスカイト酸化物が注目されている。現状では(La,Sr)MnO $_{3}$ が用いられているが、作動温度の低温化が求められており、特に(Ba,Sr)(Co,Fe)O $_{3-delta}$ が期待されている。本研究では、これら2つの材料について中性子回折及び放射光X線回折を行い、Rietveld解析及び最大エントロピー法解析によって、遷移金属-酸素面における原子核・電子密度分布の違いについて比較検討した。