2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on hazardous gas sensor by using optical nanocomposite materials
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26410201
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
安藤 昌儀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (20356398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茂里 康 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 総括研究主幹 (90357187)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 健康阻害ガス / 光学式ガスセンサ / オゾン / 揮発性有機化合物 / 光ナノ複合材料 / 量子ドット / 蛍光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
0.1～500ppmの範囲で濃度を制御した酸化性・毒性のオゾンを含む空気、あるいは有害な揮発性有機化合物(VOC)を含む空気を、ガス流通光学セルに導入し、セルに格納した光ナノ複合材料の蛍光強度とスペクトルの変化を高速測定するシステムを構築した。光ナノ複合材料として、蛍光強度が表面状態に敏感な量子ドット（化合物半導体ナノ粒子）を選び、オゾン濃度を変化させながら量子ドット薄膜の蛍光特性を測定した結果、セレン化カドミウム(CdSe)系のコアと硫化亜鉛(ZnS)等のシェルからなるコアシェル型量子ドットが、オゾンに感応して可逆な蛍光強度変化を示すことを確認した。粒径が比較的大きく安定性の高い赤色発光量子ドットは1～500ppmの広い濃度範囲のオゾンに対して可逆な応答を示し、蛍光消光率はオゾン濃度に依存した。赤色発光体よりも粒径が小さく表面原子の比率が高い緑色発光量子ドットは0.1ppmまでの低濃度オゾンに対して高感度を示した。これより、CdSe系コアシェル型量子ドットが、蛍光利用型光学式オゾンセンサ材料となることがわかった。蛍光強度とオゾン濃度の関係解析により、動的消光と静的消光の共存が示された。量子ドット内部の電子と吸着オゾンの反応、あるいはオゾンの吸着による量子ドット表面欠陥の活性化が消光の原因と推定した。また、オゾン以外に、VOCへの感度を見出し、CdSe系コアシェル型量子ドットが、可燃性・爆発性・悪臭を有するアルキルアミンガスに感応して可逆な蛍光強度変化を示すことがわかった。第1級アミンであるヘキシルアミンへの感度が高いことより、アルキルアミン分子が量子ドットに吸着する際の立体障害と感度との相関が示唆された。以上、CdSe系コアシェル型量子ドットの蛍光変化により、室温・大気圧で、オゾンやVOC等の健康阻害ガスを光学的に検知できることを実証し、そのメカニズムの一端を解明した。
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Research Products
(2 results)
