2022 Fiscal Year Research-status Report
Design of highly sensitive gas recognition interfaces using 1D/2D nanomaterials
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20KK0110
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
木田 徹也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠山 一翔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 助教 (30773965)
末松 昂一 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (90637555)
猪股 雄介 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (40824024)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | ガスセンサ / ナノロッド / ナノ結晶 / DRIFTS / ナノワイヤ / オペランド測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化スズおよび酸化亜鉛のガスセンサ応答メカニズムをオペランドDRIFTSおよびUV-vis測定によって詳細に調べた。
まず酸化スズについては、ホットソープ法によって粒径5nmのナノ結晶を合成した。さらに本手法によって白金を10wt%ドープできることを見出した。白金を従来に比べて過剰に加えた酸化スズは低温でもVOCに対して応答を示すことがわかった。DRIFT測定によって白金添加によりエタノールに応答する際に、エタノール由来の中間体であるエトキシド、アセトアルデヒド、カーボネートの生成を明らかにした。さらに、酸素を除いた窒素雰囲気でセンサ感度を調べたところ、白金を過剰添加したものはこれまでにない非常に高い応答を有することがわかった。出口ガスをオンラインのFTIRガスセル測定で調べた結果、エタノールがアセトアルデヒドに多く変換されていることを確認した。そのため、中間体の吸着が電気抵抗を下げていることを明らかにした。
酸化亜鉛についても、ホットソープ法で合成したナノ結晶は窒素中でエタノールに対して可逆的な応答を示したことから、吸着酸素との反応ではなく、中間体の吸着による電子供与によってセンサ応答が発現していることが示唆された。さらに、酸化亜鉛については、気相法によるナノワイヤ合成も行った。ナノロッド上に均一にナノワイヤを成長させる条件を見出した。現在、この新奇な構造を酸化亜鉛のガスセンサ特性とオペランド測定によるガス応答メカニズムの解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
オペランド測定できる環境を整えた結果、ナノ材料のガスセンサメカニズムの解明につながる全く新しい成果が得られており、今後の更なる展開が大きく期待できるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度と同様に、貴金属を担持またはドープしたナノ材料のセンサ特性を詳細に調べ、オペランドDRIFT法によってガス検知・応答メカニズムを明らかにする。オペランド拡散反射UV-vis吸収法、ガスセルによる出口ガスの分析、材料の触媒的キャラクタリゼーション（TPD,TPRなど）も詳細に行う。さらに、DFT計算による酸化物上へのVOCの吸着エネルギーを計算し、実験結果を説明できるメカニズムの構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染の蔓延が世界的に継続したため、年間を通じて十分な国際交流活動ができず次年度使用額が生じた。次年度は共同研究先に若手研究者を派遣するとともに、積極的に国際学会において成果を発表する。
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[Presentation] Volatile Organic Compound (VOC) Sensing Mechanism of ZnO Nanorod Gas Sensor2022
Author(s)
Takeshi. Shinkai,Kanako. Koga,Matthias. Boepple,Koki Kawanami,Yusui Nakamura,Yusuke Inomata,Armando T. Quitain,Nicolae Barsan,Tetsuya Kida
Organizer
The 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON YOUNG RESEARCHERS ON ADVANCED MATERIALS (ICYMRS-ICYRAM2022), Kyushu University, Fukuoka オンライン開催
Int'l Joint Research
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