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R-34
2019

酸素吸蔵材料における平衡酸素分圧の理論計算




課題
Ca2AlMnO5+δとYBaCo4O7+δは300℃から600℃の中温領域で動作する酸素吸蔵材料として利用できる可能性を秘めている。酸素の吸収・放出は平衡酸素分圧により説明され、理論計算に基づいて評価することが可能である。

解決手段
密度汎関数理論に基づく第一原理計算を用いてCa2AlMnO5+δとYBaCo4O7+δの安定エネルギーを計算し、これと酸素の熱力学データから平衡酸素分圧を評価する。

成果・優位性
YBaCo4O7+δの平衡酸素分圧は既往の実験値と良く一致
YBaCo4O7+δは温度変化に対する平衡酸素分圧の変化量が大きいのに対して、Ca2AlMnO5+δではその変化量が小さい。


実験方法: 第一原理計算
Ca2AlMnO5は酸素を吸蔵するとIbm2から
Immaに空間群が変化する。
Y2BaCo4O7ではP63mcからPbc21に空間群
が変化する。(実験との誤差1%)
a T. Motohashi et al., Chem. Mater., 25 372 (2013).
b K. Karppinen et al., Chem. Mater., 18 490 (2006).
YBaCo4O7+δの平衡酸素分圧は既往の実験値と
良く一致しているが、Ca2AlMnO5+δでは5桁程度
の差異が見られた。



期待される市場・応用
工場等からの排熱を利用した次世代酸素製造

謝辞 本研究は、SIP「高速酸素吸脱着材料による革新的排熱利用酸素製造装置の開発」としての支援を受けて実施したものである。


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