自動車排ガス制御用高温作動一酸化窒素センサーの開発

1998 Fiscal Year Final Research Report Summary

• Project/Area Number: 08555212
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 展開研究
• Research Field: 工業物理化学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 水崎 純一郎 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (90092345)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河村 憲一 東京工業大学, 大学院・理工学研究所, 助教授 (50270830) ; 二唐 裕 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (90006148) ; 川田 達也 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (10271983)
• Project Period (FY): 1996 – 1998
• Keywords: 酸化窒素センサー / 二酸化窒素 / 一酸化窒素 / ペロブスカイト / 酸化窒素触媒 / 導電性酸化物 / 導電率 / 非平衡ガス

Research Abstract

高温燃焼で生成する微量酸化窒素は800℃程度以下の排ガス中では非平衡であり,触媒の表面では二酸化窒素は強力な酸化剤,一酸化窒素は分解反応経路により酸化剤にも還元剤にも働き,分解して平衡化する。これらの分子が触媒上に次々と供給され定常的に分解するとき,触媒はその分解時に酸化窒素から解放される強力な酸化力(あるいは還元力)に包まれ,気相中の酸素ガス圧に比べて極めて高い(あるいは低い)酸素圧下にあるのと同じ状態になると考えられる。この仮説が正しいならば,その触媒となっている酸化物バルクの物性変化を利用した高温作動する窒素酸化物センサーができる筈である。この仮説を検証するため,微量窒素酸化物ガス中でのコバルト系ペロブスカイト型酸化物緻密焼結体の不定比酸素量の変化を高温微重量天秤を用いて精密計測した.その結果,酸化物中の酸素の濃度は平衡酸素圧から予想される値を遥かに越え,導入した二酸化窒素の分圧より約1桁高い酸素ガスと平衡の時の濃度になることが実証された。たとえば,500ppmの二酸化窒素は700℃で1%の酸素ガスに相当する酸化力を示し,酸化物中の不定比酸素量がそれに対応して増加する.これは,酸化物触媒の機能の本質を端的に明らかにしたものでもあり,触媒研究においても極めて重大な発見である。これと並行して,銅系,鉄系,チタン系のペロブスカイト型酸化物の導電率が酸素を含む気流中の微量窒素酸化物によつて平衡値から大きく変化することを明らかにした。特に単結晶チタン駿ストロンチウムは,微量二酸化窒素により数十気圧の酸素との平衡状態に相当する導電率を示し,種々の計測から,これが本研究で提起した原理によるものであることを明らかにした。本研究で発想した原理に基づく―酸化窒素による導電率変化はチタン酸ストロンチウム単結晶で明瞭に確認されが,一般に一酸化窒素の還元効果は極めて弱いことが明らかになった.

Research Products

• [Publications] J. Mizusaki: "Mechanism of Nox Sensing by the Variation of Conductivity of La_2CuO_4"電気学会誌E. 118-E(2). 161-167 (1998)
• [Publications] K. Yashiro: "Non-Equilibrium Gas Sensing Mechanism in Perovskite-Type Oxide La_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3"Proceedings of Prof. Per Kofstad Memorial Sympoium, The E1; ectrochemical Soc., Pennington, USA. (印刷中). (2000)