自動車排ガス監視用固体電気化学式ガスセンサの開発

自動車排ガス中の大気汚染物質を低減させるために、種々の排ガス成分を選択的に検知できる高性能固体電気化学式センサが切望されている。本研究では、安定化ジルコニアと種々の単独酸化物、複合酸化物、酸化物混合体および貴金属を用いた固体電気化学式ガスセンサについて、炭化水素や一酸化炭素などを高感度かつ選択的に検知できる材料を見出し、それらのモデル排ガス中での応答特性評価、特異的ガス検知能の発現因子の解明などについて研究を進め、本年度は以下のような成果を得た。1) ガス応答特性の安定化機構の検討:イットリア安定化ジルコニア厚膜上に亜クロム酸亜鉛検知極を積層させることで、混成電位型センサのガス応答特性の長期安定性を改善できることを見出した。そこで、この長期安定性の改善機構について検討した。その結果、亜クロム酸亜鉛粒子とイットリア安定化ジルコニア粒子とが入りくんだ界面の形成により、界面が物理的および電気化学的に安定化されるため、ガス応答特性が安定化することがわかった。2) 一酸化炭素に対する応答発現機構についての検討:亜クロム酸亜鉛検知極に金粒子を添加することにより、一酸化炭素に対して高い感度を示すことを見出した。そこで、この一酸化炭素に対する応答発現機構について検討した。その結果、金粒子の添加により、一酸化炭素のアノーディク反応活性の増加および酸素のカソーディク反応活性の低下をもたらし、一酸化炭素に対する応答が発現することがわかった。3) パラジウム添加酸化チタン検知極の検討:パラジウムを添加した酸化チタンを検知極に用いた混成電位型センサを作製し、そのガス応答特性について評価したところ、作動温度500℃においてプロパンに対して選択的に応答した。また、パラジウム添加量によってプロパンを高選択的に検知できることがわかった。これは、パラジウム添加量によって検知極層中の気相触媒活性を制御できたためと考察した。

自動車排ガス中の大気汚染物質を低減させるために、種々の排ガス成分を選択的に検知できる高性能固体電気化学式センサが切望されている。本研究では、安定化ジルコニアと種々の単独酸化物、複合酸化物、酸化物混合体および貴金属を用いた固体電気化学式ガスセンサについて、炭化水素や一酸化炭素などを高感度かつ選択的に検知できる材料を見出し、それらのモデル排ガス中での応答特性評価、特異的ガス検知能の発現因子の解明などについて研究を進め、本年度は以下のような成果を得た。1) ガス応答特性の安定化機構の検討:イットリア安定化ジルコニア厚膜上に亜クロム酸亜鉛検知極を積層させることで、混成電位型センサのガス応答特性の長期安定性を改善できることを見出した。そこで、この長期安定性の改善機構について検討した。その結果、亜クロム酸亜鉛粒子とイットリア安定化ジルコニア粒子とが入りくんだ界面の形成により、界面が物理的および電気化学的に安定化されるため、ガス応答特性が安定化することがわかった。2) 一酸化炭素に対する応答発現機構についての検討:亜クロム酸亜鉛検知極に金粒子を添加することにより、一酸化炭素に対して高い感度を示すことを見出した。そこで、この一酸化炭素に対する応答発現機構について検討した。その結果、金粒子の添加により、一酸化炭素のアノーディク反応活性の増加および酸素のカソーディク反応活性の低下をもたらし、一酸化炭素に対する応答が発現することがわかった。3) パラジウム添加酸化チタン検知極の検討:パラジウムを添加した酸化チタンを検知極に用いた混成電位型センサを作製し、そのガス応答特性について評価したところ、作動温度500℃においてプロパンに対して選択的に応答した。また、パラジウム添加量によってプロパンを高選択的に検知できることがわかった。これは、パラジウム添加量によって検知極層中の気相触媒活性を制御できたためと考察した。