長期環境モニタリングに向けた化学センサのIoT化を実現する自己洗浄技術開発

开发自清洁技术，实现长期环境监测化学传感器物联网

基本信息

批准号：
22K19884
负责人：
岩崎渉
金额：
$ 4.16万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

作用極に金、ホウ素ドープダイヤモンド（BDD）電極を用いて重金属測定時の汚れ状態と洗浄能について評価を行った。硫酸ナトリウム溶液中の100ppmの鉛を測定した後に、電極表面を純水で洗浄し、洗浄後に硫酸ナトリウム溶液中で測定をしたところ、鉛を洗浄しきれておらず鉛の信号が検出された。その後、作用極に高電圧印加を行い、硫酸ナトリウム溶液を交換して再度測定を行ったところBDD電極では鉛の信号が検出されず初期状態と同じ信号を示した。このことから高電圧印加による洗浄ができたことが確認された。さらに本実験を連続して繰り返し測定するためにフローセルの作製を行った。BAS社製のフローセルを改良し、シリンジポンプでサンプルを送液しながらマイクロ流路内で電気化学測定ができるフローセルを作製した。流路の形状や厚みはBDD電極と本体の間のスペーサの形状を変えることによって変更することが可能である。また、ナノ材料修飾BDD電極について材料探索を実施した。ベースとなる金ナノ粒子修飾電極より更に反応性の高いナノ粒子として、50-80 nm程度のバイメタリックな白金-パラジウム修飾BDD電極（Pt-Pd/BDD)の作製に成功した。その感度は金ナノ粒子修飾電極より５倍の感度を示した。金ナノ粒子電極であれば0.8 Vで金のイオン化が生じてしまい、ナノ粒子の脱離から活性が低下してしまう。今回作製したPt-Pd/BDDについては1.2 Vの印加においても表面上のナノ粒子が脱離しておらず、高活性ながら電極の自己洗浄にも耐えうる材料の候補として十分な機能を有する。

在测量重金属时，将黄金和掺杂的钻石（BDD）电极用作工作电极，以评估污垢状态和清洁能力。在硫酸钠溶液中测量100 ppm的铅后，用纯水洗涤电极表面，洗涤后，在硫酸钠溶液中进行测量。铅未完全洗涤，并检测到铅信号。之后，将高压应用于工作电极，并更换硫酸钠溶液并再次执行测量，并且在BDD电极上未检测到铅信号，表明与初始状态相同。这证实了通过施加高压可以清洁。此外，制造流动池以反复测量该实验。改善了由BAS生产的流动池，以产生一个流动池，该流动池可以在微流通道内进行电化学测量，同时使用注射器泵发送样品。可以通过更改BDD电极和主体之间的垫片形状来改变流道的形状和厚度。此外，搜索材料以寻找纳米材料修饰的BDD电极。我们已经成功制造了约50-80 nm的双金属铂 - 铂改性BDD电极（PT-PD/BDD），因为纳米颗粒比基础金纳米颗粒修饰的电极更具反应性。它的灵敏度比金纳米颗粒修饰的电极高五倍。使用金纳米颗粒电极，金电离发生在0.8 V处，并且由于纳米颗粒的解吸而导致活性降低。这次生产PT-PD/BDD，即使应用了1.2 V，表面上的纳米颗粒也不会解吸，虽然它们高度活跃，但它们是可以承受电极自我清洁的候选材料。