窒素酸化物ガス分解用導電性セラミックスの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555151
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮山 勝 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20134497)
• 研究分担者: 宗像 文男 日産自動車(株), 材料研究所, 研究員 ; 岸本 昭 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30211874)
• キーワード: 窒素酸化物 / ペロブスカイト / セラミックス / ガス吸着 / ガス分解 / ガス検知 / イオン導電体

研究概要

本研究では、導電性酸化物セラミックスに外部から電界を印加し、この電界効果によりNOxガスの吸着・脱離・分解を制御し、高いNOxガス検出・分解特性と特性信頼性を得ることを目的とした。まず、銅含有ペロブスカイト構造酸化物の電機特性、NOxgスの吸着、反応を調べた。n型導電性のNd_2CuO_4では、NOにより導電性減少、NO_2により導電性増大を示した。光電子分光測定結果から、NOとNO_2の吸着状態を確認することができた。ガス吸脱着の外部電界による制御が可能か調べるため、Si/SiO_2基板上のSnO_2薄膜について、Si基板からの電界によるCOガスの吸脱着への電界効果を測定した。47℃でのCOガスの正電荷吸着による導電性変化は、基板からの-電圧印加により増大、+電圧印加により減少した。これより、-電圧によりみかけの電子濃度が減少している状態では、電子濃度を増加させる反応(COの正電荷吸着)は促進され、電子濃度を減少させる反応(O_2の負電荷吸着)は抑制されることが分かった。酸素イオン伝導体である安定化ジルコニアの片面にPt、他方にNd_2CuO_4厚膜の電極を設け、400℃で両面が同じ雰囲気に曝されている状態でNd_2CuO_4電極が負極となるように電圧をかけ、NOxガスによる電流変化を調べた。NOxガスにより電流が増加し、その際の酸素分圧に影響を受けないことがわかった。この現象は、NO,NO_2,O_2による混成電位の発生が両電極により異なることが原因であることが、分極電流測定により明かとなった。また、NOxが高濃度の時は、NO_2とNOの間の平衡反応が電極反応を支配し、酸素分圧の影響が小さくなることが予測された。これらの結果より、NOxガスとの反応性の高い酸化物を用い、外部電界によりその吸脱着および酸素活量を制御することにより、NOxガスの検知及び分解反応の促進が可能であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] K.-Y.Ho: "NOx response properties in DC current of Nd_2CuO_4/4YSZ/Pt element" J.Ceram.Soc.Jpn.104・11. 995-999 (1996)
• [文献書誌] Y.Kunishima: "Effect of external voltage on electrical conductance of SnO_2 thin film" J.Electrochem.Soc.143・4. 1334-1338 (1996)
• [文献書誌] Y.Kunishima: "Effect of external electric field from a substrate on conductance changes of SnO_2 thin films by CO gas" Jap.J.Appl.Phys.35・6A Part1. 3478-3482 (1996)
• [文献書誌] Y.Kunishima: "Effects of external electric field from a substrate on the adsorption of chlorine molecules at SnO_2 surface" Appl.Phys.Lett.69・5. 632-634 (1996)
• [文献書誌] K.-Y.Ho: "NOx gas responding properties of ND_2CuO_4 thick films" Mater.Chem.Phys.49・1. 7-11 (1997)
• [文献書誌] F.Munakata: "Surface adsorptin in the gas-solid reaction between NO and LaBaSrCu_2O_<6-δ>" J.Chem.Soc.Chem.Commun.1997・1. 63-64 (1997)
• [文献書誌] F.Munakata: "Electron tranfer in the surface reaction of NOx (x=1 and 2) over LaBaSrCu_2O_<6-δ>" J.Master.Sci.Lett.16・23. 1925-1928 (1997)
• [文献書誌] 宗像 文男: "NOxを吸着したLa_<2-x>Ba_xSrCu_2O_<6-δ>の表面化学結合状態" Trans.Inst.Elect.Eng.118-E・2. 176-177 (1998)
• [文献書誌] F.Munakata: "Evidence for the existence of adorbed NO in double-layer cuprates" J.Master.Sci.Lett.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] F.Munakata: "Observation of absorbed NO in the gas-solid reaction process between NO and La_<2-x>Ba_xSrCu_2O_<6-δ>" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.(印刷中). (1998)