10. 結果: YSZ イオン移動度の算出 10
Δx: 電場方向の平均変位
v = Δx/ΔT
μ = v/E (イオン移動度)
q: 電荷(イオン価数)
n: 数密度
σ = qnμ (伝導度)
O2-イオンの電場方向の平均変位-時刻
平均変位のプロファイルは線形
平均変位Δxの回帰直線の傾きからイオン移動度 μ を算出
E
K. Hisama et al., Comput. Mater. Sci. 218, 111955 (2023).
[V/Å]
11. ① PFP+電場: YSZ イオン伝導度とI-V 特性 11
・イオン伝導度はσ=0.01~0.5 S/cm 程度となっており,文献値 [1,2]と同じかやや高い値
・Buckinghamポテンシャル[2]を用いて計算したものと傾向は一致
・電場とともに伝導度が上昇する傾向
[3] G. V. Huerta and A. K. S. Kabelac, Chemical Physics 485–486 108 (2017).
イオン伝導度-電場 電流密度-電圧
K. Hisama et al., Comput. Mater. Sci. 218, 111955 (2023).
[1] S-H. Guan et al., J. Phys. Chem. C 124, 28, 15085 (2020). [2] 電気化学便覧 第6版
12. ① PFP+電場: HCl 水溶液 化学反応 12
initial +25 fs +50 fs
O-Hx0
O-Hx1
H
O
O-Hx2
O-Hx3
(O-H距離1.2 Å以下をO-Hボンドと判定して可視化)
PFPでは結合の入れ替えを再現可能
→ プロトンホッピングによる伝導をシミュレーションできる
K. Hisama et al., Comput. Mater. Sci. 218, 111955 (2023).
ホッピングによってH+は高速に伝導するはず
13. ① PFP+電場: HCl 水溶液 イオン移動度の算出 13
3個の水素が結合するH3O+の酸素の位置をトレース
→ H3O+ イオンの変位を求める
E=0.2 V/Å
H3O+
Cl-
プロトンホッピングを観察
イオン移動度は一定 (波線回帰線の傾き)
Cl
K. Hisama et al., Comput. Mater. Sci. 218, 111955 (2023).
14. ① PFP+電場: HCl 水溶液イオン伝導度とI-V 特性 14
・モル伝導度はH3O+で100~400 S cm2/mol (@0.27 mol/L), Cl-は0.5~40 S cm2/mol
→ オーダーは文献値*に近い (希薄極限で H+: 349.82, Cl-: 76.35 S cm2/mol)
・ホッピングの影響でH3O+はCl-はに比べて高速で伝導
イオン伝導度-電場 電流密度-電圧
*電気化学便覧 第6版
K. Hisama et al., Comput. Mater. Sci. 218, 111955 (2023).