2007A1952

BL02B2

排ガス浄化触媒材料 CeO2-ZrO2-Y2O3 の結晶構造とイオン伝導経路
脇田崇弘 a,b, 八島正知 b, 河内勝浩 a, 植田俊和 b, 小松隆史 ba
第一稀元素化学工業(株), b 東京工業大学

緒言を用いて行った。

CeO2、CeO2-ZrO2 や CeO2-ZrO2-Y2O3 材料は、自動車排ガス浄化の助触媒として利用されて結果と考察

お り 研 究 も 盛 ん に 行 わ れ て い る [1-3]。 CeO ２

Fig.1 に 1000 K における Ce 0.25 Zr 0.5 Y 0.25 O 1.85-ZrO ２ 固溶体の結晶構造については、八島らと CeO 2 の放射光 X 線回折プロファイルを示[4-8]に よ っ て 研 究 さ れ て お り 準 安 定 正 方 相す。空間群 Fm3 m を仮定してリートベルト解で あ る t’や t”相 の 存 在 、 こ れ ら の 空 間 群 が析を行った。

いる。しかしながら、CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 固溶体(a)16000012000の結晶構造と電子密度分布については検討さ120000

れていない。そこで本研究は Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85

80000

ートベルト解析を行い、結晶構造を精密化し40000

実験
SPring-8に 設 置 さ れ て い る 放 射 光 X線 回 折装置BL-02B2にて1000 KでCe 0.25 Zr 0.5 Y 0.25 O 1.85
およびCeO 2 の放射光X線回折プロファイルを

17.0

17.5

18.00812202480000(b)600000162832400c

告する。

0Intensity /counts

同じ結晶構造を持つ CeO 2 と比較したので報

8000
4000

固溶体の 1000 K での放射光回折データのリた。さらに、酸素イオンの伝導経路を検討し、

400c

P4 2 /nmc に帰属されることなどが報告されて

60000
40000

50000020000

4000000300000
20000016.0

16.517.0

17.5

18.0

1000000

その場測定した。得られたデータはプログラ
ム RIETAN-2000[9] を 用 い て リ ー ト ベ ル ト 解析を行い、結晶構造を精密化した。電子密度81216202428322 / O

分布は最大エントロピー法（MEM）及びMEMに基づいたパターンフィッティングにより解析した。これらの計算はプログラムPRIMA[10,11]

Fig.1 Rietveld fitting patterns for neutron-diffraction
data of the (a) Ce 0.25 Zr 0.5 Y 0.25 O 1.85 and (b) CeO 2
solid solution measured at 1000 K.

その結果、Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85 および CeO2 の格

この結果より、Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85 とCeO2 の酸子 定 数 は そ れ ぞ れ a =5.32333(8) Å お よ び

素イオンは<100>方向に沿って拡散することが5.48828(7)Å、等方性原子変位パラメーターは陽示唆された。しかしながら、CeO2の伝導経路はイオンがそれぞれ 0.0241(11)Å2 および 0.0112(3)曲がっているのに対し、Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85の伝導Å 2 、O 原子がそれぞれ 0.0929(14)Å 2 および経路は直線のような経路になることがわかった。

0.0263(8)Å2 のように精密化された（信頼度因子

この違いはZrまたはYの添加による陽イオンとはそれぞれ Rwp=1.71%および Rwp=6.27%であっ酸素イオンとの間の反発が異なるためと考察した）。これは、Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85 の酸素イオンた。

は CeO2 よりも高い拡散性を有していることを示参考文献唆している。
Fig.2 に 1000 K における Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85 とCeO2 の(110)面における電子密度分布を示す。また、可能性のある伝導経路を破線で示した（Fig.2）。
(a) Ce0.25Zr0.5Y0.25O1.85
Ce,Zr,YCe,Zr,YCe,Zr,Y

Å-30.15O

1Å

Ce,Zr,YCe,Zr,YCe,Zr,Y

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c1Å

a+b
CeCeCeFig.2 Electron density on (110) plane of (a)Ce0.25Zr0. 5Y0.25O1.85 with black contours in the range-3-3

from 0.85 to 5.0 Å (0.2 Å step) and (b)CeO2 with-3

black contours in the range from 0.3 to 5.0 Å (0.2-3Å step) measured at 1000 K.