2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K05005
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
上田 太郎 長崎大学, 工学研究科, 助教 (10524928)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 康博 長崎大学, 工学研究科, 教授 (20150518)
兵頭 健生 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (70295096)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 安定化ジルコニア / ガスセンサ / 酸化セリウム / トルエン / インピーダンス / 3相界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らは，安定化ジルコニア（YSZ）基板の両面に酸化セリウム（CeO2）を添加したAu検知極とPt対極を取り付けた2隔室型の固体電解質型センサを作製し，そのトルエンに対するガス応答特性を評価している。本センサ，電極反応場である3相界面（検知極/YSZ/ガス）におけるトルエンの電気化学的酸化反応が応答に影響する。そのため，一部のトルエンは3相界面に到達する拡散過程で燃焼して電位応答に寄与できない。そこで，昨年度までに，スピンコート法を用いて薄膜検知極（膜厚：30-100 nm）を作製し，トルエン応答の改善可能性を検討した。トルエン応答は，CeO2添加量が8 wt%の場合は，検知極膜厚の減少とともに増加したが，この添加量が24 wt%の場合は，膜厚の増加とともに応答値が増加し，検討した中で最大の膜厚 (100 μm) の場合には最大のトルエン応答 (ca. 199 mV, 50 ppm) を示した。
本年度は，複素インピーダンス測定により，厚膜化した検知極を備えるセンサの応答値が向上するメカニズムを考察した。得られたナイキストプロットは一つの大きな半円弧を示し，トルエンが共存することで半円弧の直径が増加した。この直径は，3相界面で生じる電極反応抵抗の大きさに対応し，空気中では，酸素還元反応と酸素イオンの酸化反応で抵抗値が決まり，トルエンが共存すると，これらの反応にトルエンの電気化学的な酸化反応が追加される。そのため，トルエン雰囲気では半円弧の直径は減少するのが一般的である。予想と逆の結果が得られたのは，酸素の電気化学的な反応活性がトルエンの共存によって3相界面での電極反応が阻害された可能性があると考察した。これまでほとんど報告されていない結果であり，固体電解質型ガスセンサの応答メカニズムを考察するための新規な知見が得られた。
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| Remarks |
工学研究科 上田 太郎 助教が，公益社団法人電気化学会 化学センサ研究会『令和4年度（第25回）清山賞』を受賞しました。
同賞は50歳未満で，化学センサ分野において，創造的，独創的な研究・開発を推進し，次世代を切り開く先導的役割を果たすと期待される研究者に贈られます。受賞題目は，「機能性セラミックスのガス検知機能最適化による高感度ガスセンサの開発」です。
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