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2012-8

酸素ガスセンサにおける電極反応に関する第一原理計算


技術のポイント

ステップ構造をもつ白金表面上における酸素原子の吸着状態についての第一原理計算

基礎研究


背景
車載酸素センサは空燃比制御機構の一部として使われている。白金電極表面上の酸素原子の挙動は全体の反応性に影響を及ぼしうる反応素過程である。この素過程は表面構造と深く関係すると考えられるが、その詳細な機構と傾向はまだわかっていない。

目的
代表的な表面欠陥であるステップをもつPt(211)表面において、酸素原子の吸着状態の第一原理計算を行い、酸素原子の吸着特性について検討する。

成果
(1) ステップの存在により、吸着特性が大きく変化する。
(2) 吸着エネルギーについてフラット表面での値からの差をとることで、ステップの上部で安定化され、下部で不安定化される傾向が明らかになった。
ステップ構造をもつ表面における酸素原子の吸着傾向を解明


・手法: 第一原理計算(VASPコード)
・評価: ΔEads=(Ptステップ表面系の吸着エネルギー)−(Ptフラット表面系の吸着エネルギー)
ΔEadsはステップにおける吸着エネルギー(安定性)の増減を表す

図1. Pt(211)ステップにおける酸素原子の最安定吸着構造 図2. Pt(211)ステップ表面のΔEadsの吸着サイト依存性。
上図は表面を上から見た図



今後の展開
他のステップ構造についての検討と
ステップ構造の付近での酸素原子の
拡散性についての計算を行う
酸素センサの応答特性向上に寄与

謝辞 本研究は、トヨタ自動車(株)からの委託研究の一部として実施したものである。



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