2021 Fiscal Year Annual Research Report
ナノアモルファスコンポジット材料によるイオンセンシング
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19K05659
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
盛満 正嗣 同志社大学, 理工学部, 教授 (00291526)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノアモルファスコンポジット / 酸化ルテニウム / 酸化タンタル / リン酸水素イオン / 電気化学センシング / 酸化電流 / 反応メカニズム / 検出感度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、本研究代表者による独自の作製方法で二酸化ルテニウムナノ粒子とアモルファス五酸化二タンタルからなるコンポジット材料を合成し、これを電気化学的なリンの定量という他に類似の研究が見られないイオンセンシングの触媒として取り上げ、①なぜこのコンポジット材料においてリン酸水素イオンの酸化が起こるのか（反応メカニズム）、②リン酸水素イオンの酸化に対するコンポジット材料の最適な組成や形態は何か（材料の最適化）、③どの分野のどのようなリンの定量に応用できるか（応用可能性）を明らかにすることを目的とした。
その結果、二酸化ルテニウムと五酸化二タンタルのコンポジット材料の構造は、ルテニウムとタンタルの組成比と合成時の熱処理温度で変化し、熱処理温度が260℃では組成比によらずナノアモルファスハイブリッド構造となり、その触媒表面は10nm又はそれ以下の二酸化ルテニウム粒子が五酸化二タンタル相に分散した状態となっていることなどを明らかにした。このようなナノアモルファスコンポジット材料を触媒として、リン酸水素イオンの酸化反応を詳細に検討し、酸化還元対の化学量論比や反応電子数を解析した結果、リン酸水素イオンの酸化は2電子移動を伴い、化学量論比が１：１での不可逆な反応であることを明らかにした。また、ナノアモルファスコンポジット材料の組成や構造がリン酸水素イオンの検出感度に及ぼす影響を検討し、熱処理温度が260℃でルテニウムが50mol%である触媒が種々の条件の中で最も検出感度が高くなるなどの最適化を行った。さらに、模擬河川水を用いて定量濃度範囲や検出感度の検討を行った結果、共存する複数のハロゲン化物イオンがリン酸水素イオンの酸化電流に及ぼす影響は小さく、河川水中のリンの定量に本研究で開発した電気化学センシングの手法が応用可能であることを明らかにした。
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