ZrO₂にY₂O₃を固溶させた安定化ジルコニア(YSZ)が、酸化物イオンの伝導体になる理由として正しいものはどれか。

正解：B. Y³⁺がZr⁴⁺を置換し、Y³⁺ 2個につき酸素空孔が1個できるから

3価のY³⁺が4価のZr⁴⁺の位置を置換すると、1個あたり正の電荷が1つ不足します。電気的な中性を保つため、Y³⁺ 2個につき2価の酸化物イオンの空孔が1個できます(クレーガー・ビンクの表記で Y₂O₃ → 2Y′_Zr + V_O•• + 3O_O)。高温ではこの酸素空孔を介してO²⁻が移動するので、固体電解質として酸素センサーや固体酸化物形燃料電池(SOFC)に使われます。Y³⁺ 1個につき空孔2個では電荷の釣り合いが合わず、Yが格子間に入って電子を出すのでもありません。Y₂O₃の添加には、立方晶や正方晶を室温まで安定にする役割もあります。