垂直配向ナノロッドとプロトン導電性ナノシートの接合による有機ガスの超高感度認識
Project/Area Number |
22KJ2508
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Project/Area Number (Other) |
21J20487 (2021-2022)
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Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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Allocation Type | Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2021-2022) |
Section | 国内 |
Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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Research Institution | Kumamoto University |
Principal Investigator |
愼改 豪 熊本大学, 自然科学教育部, 特別研究員(DC1)
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Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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Keywords | 半導体式ガスセンサ / Pt担持ZnOナノ結晶 / ガス応答メカニズム / DRIFTS測定 / ZnOナノロッド / ZnOナノワイヤ / ガスセンサ / 酸化亜鉛 / ナノ結晶 / ナノロッド |
Outline of Research at the Start |
これまで、半導体ガスセンサのガス応答メカニズムを報告した論文は多数発表されているが、微視的な表面化学についての理解は未だに不鮮明な点が多い。また、半導体ガスセンサにおける課題として、ガス選択性の向上や作動温度の低温化が挙げられる。本研究では典型的な半導体ガスセンサ材料である酸化亜鉛(ZnO)ベースの材料を作製し、ガス応答特性の向上及び、種々のオペランド測定を用いてそのガス応答メカニズムを明らかにする。さらに、資源的に制限のないカーボンからなるナノ材料(GOナノシート)と複合化させることで、高感度な室温作動型ガスセンサの開発を目的とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
まず、酸化亜鉛(ZnO)のガス応答特性向上を目的として、Pt担持ZnOナノ結晶の合成を行った。ホットソープ法における前駆体溶液に、あらかじめ合成しておいたPtオレイルアミン錯体を添加し合成を行うことで、ZnOナノ結晶表面にPtナノ粒子を担持させることに成功した。0.1 wt%のPtナノ粒子を担持させたサンプルが、400 ℃と350 ℃においてアセトンとエタノールに対して最も高い感度を示し、Pt担持によるガス応答特性の向上が示唆された。Ptの担持量を増加させると、高温におけるガス応答特性は減少した。 続いて、合成した材料のエタノールのガス応答メカニズムを調査するため、In-situ DRIFTS測定を用いてエタノール雰囲気下における材料表面の吸着物を分析した。その結果、エタノールの燃焼過程で生じるアセテートやカーボネートなどの吸着量が、ガス応答に直接関わっている可能性を明らかにした。本結果をまとめて論文投稿を行った。 また、イタリアのブレーシア大学にて気相合成によるZnOナノワイヤの合成技術を学ぶために、3ヶ月間(7月〜9月)の研究留学を行った。VLS法を用いたZnOナノワイヤの合成手法応用し、水熱法によって合成したZnOナノロッドとZnOナノワイヤの複合材料の合成に成功した。太いZnOナノロッドのc面 (0001)から、細いZnOナノワイヤが成長している様子が確認された。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定していた、プロトン導電性膜上にZnOナノロッドを垂直成長させることは難しいと判断したため、他の高感度材料に着目した。その結果、Pt担持ZnOナノ結晶の合成に成功し、In-situ DRIFTS測定によってそのガス応答メカニズムを明らかにした。
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Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ZnOナノロッドの結晶面におけるガスの相互作用をDFT計算によって明らかにし、2021年度に行ったZnOナノロッドに関する結果とまとめて速やかに論文投稿を行う。また、イタリアで合成した材料の各種評価を行った後、論文投稿を行う。さらに、Pt担持ZnOナノ結晶の他のガスに対する応答メカニズムを調査し、より詳細な応答機構を提案する。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)