Design of highly sensitive gas recognition interfaces using 1D/2D nanomaterials
| Project/Area Number |
20KK0110
|
|---|
| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
木田 徹也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠山 一翔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 助教 (30773965)
末松 昂一 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (90637555)
猪股 雄介 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (40824024)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
|
|---|
| Keywords | ガスセンサ / ナノロッド / ナノ結晶 / DRIFTS / ナノワイヤ / オペランド測定 / DRIFT / 単結晶 / ナノシート / 半導体 / 酸化物 / 酸化物半導体 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
多種多様なガスを即座に認識するため、ガスセンサの更なる高性能化が要求されている。本研究では、一次元(1D)および二次元(2D)ナノマテリアルを用いて、空気中の稀薄有機成分に対し超高感度なガスセンサデバイスを開発する。酸化物ナノワイヤ/ナノシートの形状を精密に制御すると同時に貴金属を高分散担持することで、ppb (10億分の1)レベルの揮発性有機化合が検知できる超高感度化を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
酸化スズおよび酸化亜鉛のガスセンサ応答メカニズムをオペランドDRIFTSおよびUV-vis測定によって詳細に調べた。
まず酸化スズについては、ホットソープ法によって粒径5nmのナノ結晶を合成した。さらに本手法によって白金を10wt%ドープできることを見出した。白金を従来に比べて過剰に加えた酸化スズは低温でもVOCに対して応答を示すことがわかった。DRIFT測定によって白金添加によりエタノールに応答する際に、エタノール由来の中間体であるエトキシド、アセトアルデヒド、カーボネートの生成を明らかにした。さらに、酸素を除いた窒素雰囲気でセンサ感度を調べたところ、白金を過剰添加したものはこれまでにない非常に高い応答を有することがわかった。出口ガスをオンラインのFTIRガスセル測定で調べた結果、エタノールがアセトアルデヒドに多く変換されていることを確認した。そのため、中間体の吸着が電気抵抗を下げていることを明らかにした。
酸化亜鉛についても、ホットソープ法で合成したナノ結晶は窒素中でエタノールに対して可逆的な応答を示したことから、吸着酸素との反応ではなく、中間体の吸着による電子供与によってセンサ応答が発現していることが示唆された。さらに、酸化亜鉛については、気相法によるナノワイヤ合成も行った。ナノロッド上に均一にナノワイヤを成長させる条件を見出した。現在、この新奇な構造を酸化亜鉛のガスセンサ特性とオペランド測定によるガス応答メカニズムの解析を行っている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
オペランド測定できる環境を整えた結果、ナノ材料のガスセンサメカニズムの解明につながる全く新しい成果が得られており、今後の更なる展開が大きく期待できるため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度と同様に、貴金属を担持またはドープしたナノ材料のセンサ特性を詳細に調べ、オペランドDRIFT法によってガス検知・応答メカニズムを明らかにする。オペランド拡散反射UV-vis吸収法、ガスセルによる出口ガスの分析、材料の触媒的キャラクタリゼーション（TPD,TPRなど）も詳細に行う。さらに、DFT計算による酸化物上へのVOCの吸着エネルギーを計算し、実験結果を説明できるメカニズムの構築を目指す。
|
Report
(3 results)
Research Products
(37 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Volatile Organic Compound (VOC) Sensing Mechanism of ZnO Nanorod Gas Sensor2022
Author(s)
Takeshi. Shinkai,Kanako. Koga,Matthias. Boepple,Koki Kawanami,Yusui Nakamura,Yusuke Inomata,Armando T. Quitain,Nicolae Barsan,Tetsuya Kida
Organizer
The 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON YOUNG RESEARCHERS ON ADVANCED MATERIALS (ICYMRS-ICYRAM2022), Kyushu University, Fukuoka オンライン開催
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
