低温で高い選択性を示す環境汚染ガスセンサの開発

本研究では、環境汚染ガスとして一酸化炭素を取り上げ、これを被検ガスとしたガスセンサの開発を目指した。その中で、実用的なセンサには低濃度の一酸化炭素を検知可能であることが求められることから検出感度の向上に着目した。接触燃焼式センサは、触媒上における被検ガスの燃焼により発生した熱がPtコイルの温度上昇を引き起こし、それに伴うPtコイルの抵抗値変化を電気信号として読み取ることで被検ガスの濃度を求めている。ここで、一定濃度の一酸化炭素、すなわち一定の熱量に対してより大きなセンサ応答、すなわちより大きな温度変化を生じるには比熱容量の小さい触媒を用いることが有効であると考えた。そこで本研究では、これまでの研究において用いていた10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0や10 wt% Pt/Ce0.76Zr0.19Zn0.05O1.95に替わり、セリア-ジルコニア系複合酸化物と同様に酸化物イオン伝導を示すことから同様の助触媒効果が期待されるアパタイト型酸化物に着目し、新規触媒である11 wt% Pt/La9.0Si5.8Mn0.2O27－δを開発した。本触媒を用いて接触燃焼式センサを作製したところ、作製したセンサは従来の同方式のセンサでは比較的低温である130°Cにおいて可逆的かつ定量的な応答を示すことが明らかとなった。また、そのセンサ出力値はこれまでの研究において開発した10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0を用いたセンサと比較して大きいことがわかった。これは、130°Cにおける11 wt% Pt/La9.0Si5.8Mn0.2O27－δの比熱容量が、同じ温度における10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0の比熱容量と比較して約2/3と小さく、同じ熱量に対してより大きな温度変化を生じたためと考えられる。

本研究では、環境汚染ガスとして一酸化炭素を取り上げ、これを被検ガスとしたガスセンサの開発を目指した。その中で、実用的なセンサには低濃度の一酸化炭素を検知可能であることが求められることから検出感度の向上に着目した。接触燃焼式センサは、触媒上における被検ガスの燃焼により発生した熱がPtコイルの温度上昇を引き起こし、それに伴うPtコイルの抵抗値変化を電気信号として読み取ることで被検ガスの濃度を求めている。ここで、一定濃度の一酸化炭素、すなわち一定の熱量に対してより大きなセンサ応答、すなわちより大きな温度変化を生じるには比熱容量の小さい触媒を用いることが有効であると考えた。そこで本研究では、これまでの研究において用いていた10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0や10 wt% Pt/Ce0.76Zr0.19Zn0.05O1.95に替わり、セリア-ジルコニア系複合酸化物と同様に酸化物イオン伝導を示すことから同様の助触媒効果が期待されるアパタイト型酸化物に着目し、新規触媒である11 wt% Pt/La9.0Si5.8Mn0.2O27－δを開発した。本触媒を用いて接触燃焼式センサを作製したところ、作製したセンサは従来の同方式のセンサでは比較的低温である130°Cにおいて可逆的かつ定量的な応答を示すことが明らかとなった。また、そのセンサ出力値はこれまでの研究において開発した10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0を用いたセンサと比較して大きいことがわかった。これは、130°Cにおける11 wt% Pt/La9.0Si5.8Mn0.2O27－δの比熱容量が、同じ温度における10 wt% Pt/Ce0.68Zr0.17Sn0.15O2.0の比熱容量と比較して約2/3と小さく、同じ熱量に対してより大きな温度変化を生じたためと考えられる。