Construction of highly sensitive sensing electrodes for biogas monitoring sensors

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: Ueda Taro 長崎大学, 工学研究科, 助教 (10524928)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ガスセンサ / 固体電解質 / 混成電位 / 揮発性有機化合物 / VOCs / スピンコーティング

Outline of Final Research Achievements

YSZ-based potentiometric gas sensors using a Au or CeO2-added Au sensing electrode (SE, CeO2 content: 8-24 wt%) were fabricated by a spin-coating method, and their sensing properties to toluene were examined in the temperature range of 450-550℃. The magnitude of response (ΔE) to 50 ppm toluene of the sensor attached with 8 wt% CeO2-added Au SE increased with a decrease in the SE thickness. On the other hand, ΔE of the sensors using 24 wt% CeO2-added Au SE increased with an increase in the SE thickness, and the sensor attached with the thickest 24 wt% CeO2-added Au SE showed the largest response at 450℃. This is probably due to an increased number of the interfaces between CeO2-added Au and gas, and the electrochemical oxidation of toluene at these sites.

Free Research Field

電気化学，機能性セラミックス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

揮発性有機化合物（VOCs）は建材や塗料，接着剤などに含まれており，人体に有害であることが知られている。また，生体ガス中にも微量のVOCsが含まれており，これらの濃度が健康状態によって変化することも報告されている。本研究では，スピンコート法により電子（Au）と酸素イオン（CeO2）を共に伝導可能な検知極を作製し，電極反応場である3相界面（Au/CeO2/ガス）を立体的に形成した場合に，研究開始前の予想とは異なり，検知極膜厚の増加に伴いトルエン応答値が向上する結果を得た。生体ガスに含まれる極低濃度（ppbレベル）のVOCsを高感度に検知可能とするための有益な知見が得られた。