| 研究概要 |
本研究では、自動車エンジンからの排気ガス中に含まれるNOxを選択的に検知できる高性能な高温作動型NOxセンサの開発を目指して、固体電解質(安定化ジルコニア)と酸化物電極を組み合わせた新規な混成電位型センサについての検討を行い、以下のような結果を得た。
まず、種々の金属酸化物を検知極とした平面型素子を作製し、NOxに対する感度を500℃において測定した。酸化物の種類によってNOx感度の大きさと変化の方向は異なるが、ほとんどの場合、NOよりもNO2感度の方が高い値を示した。また、最も高い感度はNO2に対してはCdO、NOではMn2O3を用いた場合に得られた。そこで、このような検知極材料の探索を単体酸化物から複合酸化物に拡大したところ、CdMn2O4が高温でも良好なNO感度を示すことを見出した。起電力は、NOx濃度の対数に比例し、NO2に対しては正、NOに対しては負の傾きを示した。この素子は、600℃および700℃においてもNOx濃度の対数に比例する応答を示した。またNOx感度は、CO,CO2,CH4およびH2Oによる影響をほとんど受けないことがわかった。
本素子の起電力変化は、検知極側の電位変化を反映していると考えられる。この場合、NOとO2を含む被検ガス中では、酸素イオンを含む電気化学的な還元反応および酸化反応が同時に進行していると考えられる。一方、NO2とO2含む被検ガス中では、これらの反応とはそれぞれ逆の反応の進行が予想される。したがって、検知極の電位は、両電気化学反応が同時に進行することによる混成電位に基づいていると考えられる。このような応答機構を明確にするため、チューブ型素子を用いて空気中およびNOx雰囲気中での分極曲線を測定した。その結果、各NOx濃度での素子起電力値と分極曲線の交点によって求められる混成電位の値は、ほぼ一致することがわかった。したがって、提案した混成電位に基づく応答機構の妥当性が確認された。
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