Development of an electrochemical reactor for flexible control of anion defects

开发灵活控制阴离子缺陷的电化学反应器

基本信息

批准号：
22K19079
负责人：
中村崇司
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19079/
关键词：
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

项目摘要

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。研究前半では、ペロブスカイト関連酸化物に異種アニオンを導入し、アニオン複合化による結晶構造および電子構造への影響を評価する。さらに後半では、酸フッ化物を対象に、酸素組成とフッ素組成の両方を精密に制御することを目指す。本研究により、「アニオン機能を最大限活用する」ための技術確立を目指す。今年度は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 を対象として、電気化学的F導入および電気化学的Cl導入を検討した。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、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(La,Sr)CoO3へのCl導入処理を実施した。しかし各種分析の結果、Clはペロブスカイト相に導入できていなかった。酸化物イオン（1.40Å）に比べてサイズが大きな塩化物イオン（1.81Å）を導入するのは困難であるためと考えられる。Clドープについては、より大きな空隙を有した母材料を対象に再検討する予定である。

在这项研究中，我们的目标是开发一种能够灵活控制阴离子缺陷的电化学反应器，并展示通过阴离子复合进行功能开发的示例。在研究的前半部分，我们将在钙钛矿相关氧化物中引入外来阴离子，并评估阴离子络合对晶体结构和电子结构的影响。下半年，我们的目标是精确控制氟氧化物的氧和氟成分。通过这项研究，我们的目标是建立“最大限度地利用阴离子功能”的技术。今年，我们研究了钙钛矿氧化物 (La,Sr)CoO3 的电化学 F 引入和电化学 Cl 引入，这允许氧成分的变化。使用氟化物离子导体(BaF2)作为固体电解质和PbF2-Pb混合物作为对电极作为离子源构建用于引入F的电化学反应器。在250℃的反应器中通入电流，F被引入到(La,Sr)CoO3中。使用 TOF-SIMS、XRD 和 XPS 分析证实，F 可以深入材料中，同时保持原始钙钛矿结构。还证实可以通过改变施加到反应器的电量来控制涂料的量。另一方面，使用氯离子导体（K掺杂BaCl 2 ）作为固体电解质和PbCl 2 -Pb混合物作为用作离子源的对电极构建了用于引入Cl的电化学反应器。与F的引入类似，通过在250℃下使电流通过反应器来将Cl引入到(La,Sr)CoO3中。然而，各种分析表明Cl无法引入钙钛矿相中。这被认为是因为难以引入尺寸比氧化物离子(1.40 Å)大的氯离子(1.81 Å)。关于Cl掺杂，我们计划重新研究空隙较大的基材。