グラファイト状窒化炭素の電子構造・化学構造とそのガスセンサ動作の相関性の解明

グラファイト状窒化炭素 (g-C3N4) 膜へ水素分子が吸着した際の電気伝導性変化を評価し、理論的にはg-C3N4上へ弱く吸着する水素分子が、電気伝導性にはほとんど影響を与えないことが分かった。そこで、水晶振動子上へg-C3N4膜を製膜し、水晶振動子マイクロバランス (QCM) 法により、g-C3N4膜への水素分子の吸着性評価に取り組んだ。g-C3N4を製膜していない水晶では、水素を導入しても水晶の共振周波数に変化は観測されなかったが、g-C3N4を製膜した水晶では、水素導入により共振周波数の変化が観測された。このことはg-C3N4と水素分子が何らかの相互作用をしていることを示している。水素導入を止めると、共振周波数は元に戻ることから、g-C3N4を製膜した水晶振動子が水素ガスセンサとして動作することが分かった。水素濃度を増加させると、共振周波数の変化量も線形に増加することも確認できた。水素導入によって水晶の共振周波数が増加していることから、g-C3N4膜へ水素が吸着後に、g-C3N4から何らかの元素が脱離して質量が軽くなっていることが示唆される。水素と同様に一酸化炭素 (CO) を用いても実験し、COの導入によっても水晶の共振周波数変化を確認できた。COを導入すると共振周波数が減少したことから、CO分子がg-C3N4上に吸着して質量が増加していることが考えられる。今後はこの水素およびCOの吸着・脱離のメカニズムを詳細に調べていく予定である。

グラファイト状窒化炭素 (g-C3N4) 膜へ水素分子が吸着した際の電気伝導性変化を評価し、理論的にはg-C3N4上へ弱く吸着する水素分子が、電気伝導性にはほとんど影響を与えないことが分かった。そこで、水晶振動子上へg-C3N4膜を製膜し、水晶振動子マイクロバランス (QCM) 法により、g-C3N4膜への水素分子の吸着性評価に取り組んだ。g-C3N4を製膜していない水晶では、水素を導入しても水晶の共振周波数に変化は観測されなかったが、g-C3N4を製膜した水晶では、水素導入により共振周波数の変化が観測された。このことはg-C3N4と水素分子が何らかの相互作用をしていることを示している。水素導入を止めると、共振周波数は元に戻ることから、g-C3N4を製膜した水晶振動子が水素ガスセンサとして動作することが分かった。水素濃度を増加させると、共振周波数の変化量も線形に増加することも確認できた。水素導入によって水晶の共振周波数が増加していることから、g-C3N4膜へ水素が吸着後に、g-C3N4から何らかの元素が脱離して質量が軽くなっていることが示唆される。水素と同様に一酸化炭素 (CO) を用いても実験し、COの導入によっても水晶の共振周波数変化を確認できた。COを導入すると共振周波数が減少したことから、CO分子がg-C3N4上に吸着して質量が増加していることが考えられる。今後はこの水素およびCOの吸着・脱離のメカニズムを詳細に調べていく予定である。