環境汚染ガスを選択的に検知するセラミックセンサの作製

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05558003
• Research Institution: Kyoto Prefectural University
• Principal Investigator: 金井 宏俶 京都府立大学, 生活科学部, 教授 (40026050)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 久芳 京都府立大学, 生活科学部, 講師 (40128690) ; 細川 健次 京都府立大学, 生活科学部, 助教授 (00046450)
• Keywords: CVD法 / 酸化チタン / 複合酸化物 / 化学センサ / 密度汎関数法 / 酸化マグネシウム / 吸着酸素 / ヒドロキシアパタイト

Research Abstract

1 酸化物セラミックセンサが環境汚染ガスの一酸化炭素、酸化窒素に対しセンサ機能をもつにはそれらが酸素と反応することによって抵抗(伝導度)が変化することを利用する。昨年に続いてセンサの対象になる金属酸化物上における酸素の挙動を調べることによってスクリーニングした。ゾルゲル法によってTiO_2-SiO_2,V_2O_5-SiO_2,TiO_2-SnO_2系を調製し、酸素の挙動をESRで追究した。TiO_2-SiO_2系においては、Ti含量が少ないときTiO_2は正四面体を、Ti含量が50mol%以上になると正八面体構造をとることがX線吸収法で分かった。TiO_2-SiO_2を400℃で加熱処理すると酸素は室温で吸着しO_2^-を生成した。このO_2^-はCOとは室温では反応しないが、200℃ではチタン含量が多いTiO_2-SiO_2が反応することが分かった。COセンサ機能を調べている。
2 歯骨材であるヒドロキシアパタイト(Ca/P=1.65)を前もって600-700℃に加熱排気しておき、室温で酸素と接触させるO_2^-種を生成した。この吸着酸素種はTiO_2-SiO_2系の場合と違って吸着、脱着を繰り返すことから、可逆であることが分かった。O_2^-種は室温でCOと反応するが、反応物は脱着しない。繰り返し反応がおこるには100℃以上の温度が必要であった。
3 酸素が金属酸化物にどのように吸着し、一酸化炭素、酸化窒素などと反応するかを密度汎関数法による分子軌道法を用いてシミュレートした。MgO,TiO_2-SiO_2表面での酸素吸着はともにend-on型よりside-on型で吸着する方が安定で、実験結果と一致することが分かった。
4 ひとつのセンサで多種類のガスを同時センシングできるシステムを作ることを試みている。そのためにいろいろなガスの酸化物センサ上での吸着プロファイル(伝導度-温度)をコンピュータ処理できるプログラムを尚作成中である。

Research Products

• [Publications] T.Ito,H.Kanai,T.Nakai,and S.Imamura: "State of Titanium in the Ti-containg Silica and Silicalite Catalysts in Relation to Their Oxidation Activity" Reaction Kinetics and Catalysis Letters. 52. 421-428 (1994)
• [Publications] S.Imamura,T.Nakai,H.Kanai and T.Ito: "Titanium Sites of Titania-Silica Mixed Oxides for Epoxidation Activity and Lewis Acidity" Catalysis Letters. 28. 277-282 (1994)
• [Publications] H.Kobayashi,D.R.Salahub,T.Ito: "Dissociative Adsorption of Hydrogen Molecule on MaO Surfaces by Density Functional Method" J.Physical Chemistry. 98. 5487-5492 (1994)
• [Publications] O.Ito,K.Ohashi,and H.Kobayashi: "Electronic Structure Analysis of Oxygen Chemisorption on a Fe Surface" Surface Science. 317. 203-210 (1994)
• [Publications] H.Kanai,T.Sone,Y.Nishimura,T.Yosikawa,and S.Yoshida: "Photooxidation of 2-Propanol and Propene over V_2O_5/SiO_2 Prepared by a CVD Method" J.Chemical Society,Faraday Transactions. 91. in press (1994)
• [Publications] S.Imamura,T.Nakai,H.Kanai and T.Ito: "Effect of Tetrahedral Ti in Titania-Silica Mixed Oxides on Epoxidation Activity and Lewis Acidity" J.Chemical Society,Faraday Transactions. 91(in press). (1995)
• [Publications] S.Yoshida,S.Sakaki,and H.Kobayashi: "Electronic Processes in Catalysis" Kodansha, 284 (1994)