限界電流式酸素センサの改質による都市ガスボイラ用一酸化炭素ガスセンサの開発

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本研究では、水素共存雰囲気で一酸化炭素濃度が測定可能な限界電流式ガスセンサ開発のための基礎データの収集を行った。具体的には、固体電解質としてイットリア安定化ジルコニア、電極として白金、ガス拡散層としてアルミナを用いた一般的な限界電流式酸素センサのアルミナ拡散層上に白金、SiC、LaFeO_3、SmFeO_3のいずれかの微粒子膜を形成させたセンサを作製し、作製したセンサの1500ppm一酸化炭素雰囲気と1500ppm一酸化炭素+1500ppm水素混合ガス雰囲気でのセンサ応答特性を測定することにより、水素の共存が一酸化炭素応答特性に及ぼす影響を調べた。ペロブスカイト型酸化物微粒子(LaFeO_3、SmFeO_3)は、複合金属シアノ錯体を熱分解する方法により合成した。SiC、LaFeO_3、SmFeO_3の微粒子膜は電気泳動堆積法により形成させた。各センサは一酸化炭素や一酸化炭素+水素混合ガスに対して異なるセンサ応答を示した。また、センサ応答は作動温度(550-650℃)によっても大きく変化した。一酸化炭素雰囲気に水素ガスを混入させると、拡散層がアルミナのみの一般的なセンサではセンサ応答が増大し、アルミナ拡散層上に白金膜を形成させたセンサではセンサ応答が低下し、水素共存雰囲気中の一酸化炭素濃度を測定することができなかった。しかし、アルミナ拡散層上にLaFeO_3膜またはSiC膜を形成させることにより、作動温度550℃での一酸化炭素濃度測定において水素共存の影響がかなり低減された。得られた結果から、アルミナ拡散層上に堆積させた白金、SiC、LaFeO_3、SmFeO_3の各微粒子の分子径や水素または一酸化炭素の酸化反応に対する触媒作用(活性能や活性を示す温度)の違いがセンサ応答特性に影響を与えていることが予想される。分子径や触媒作用を利用することで、種々のガス共存雰囲気において、ある特定のガスの濃度を選択的に計測できる限界電流式ガスセンサの構築の可能性が示唆される。