| 研究課題/領域番号 |
17K14834
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
長尾 征洋 名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (40432223)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | センサ / イオン導電体 / PM / 活性酸素 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的である、ディーゼル排ガス中の浮遊粒子状物質（Particulate Matter: PM）を新開発のセンサを用いて濃度測定すると同時に、センサ素子に付着するPMを除去する機能を備えた自己再生型PMセンサの開発のために、本年度はPMのセンシング機能を評価した。市販の白金ペースト電極を使用し、線香煙をセンサに供給した。供給前後の電流変化を観察したところ、微小であるが電流変化が観察された。そこで、プロトン導電性電解質を白金ペーストに混ぜることで反応場を増やした電極を作成し、これを用いて同様に試験を行ったところ、2.4から3.2倍大きな電流変化量が得られた。これは反応場が増大したことにより、電解で発生した活性酸素とPMが反応する場の面積が増大し、PMが燃焼して二酸化炭素になる反応が進行しやすくなったためであると考えられる。この実験結果は交流インピーダンスの測定結果にも表れており、PMの供給により抵抗が小さくなることが確認された。電子顕微鏡により電極微細構造を観察したところ、白金ペーストにプロトン導電性電解質を加えたことにより、電極の微細構造が複雑になり、電解質と白金粒子が接した界面が確認できた。この三次元的な界面によりPMと触媒、活性酸素が接する反応場が増えたと考えられる。最後にPMのON/OFFを繰り返し、センサ信号の安定性を評価したところ、電流の変化量は大きく変化しないものの、ベース電流（PMがOFF時の電流）が5時間でおよそ50％減少していることが分かった。この現象はベース電流の常時モニタリングの必要性を示唆するため、実排ガスへの適用には解決しなければならない点であることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画書に記載の研究計画に沿って進んでおり、進捗としては問題がないと考えられる。今年度の実験内容はベンチマークデータを得るための評価実験でもあるため、各種の基礎データを収集すると同時に試験方法、実験方法も各種検討を行った。特にPMをセンシングするためのPM供給装置には時間を割き、安定的なPM供給が可能になった。ただし、実際に検知対象であるPMはディーゼル排ガス中に含まれるPMであるため、ディーゼル排ガスから採取したPMを取り寄せた。また、各種電解質材料の合成にも着手し、リン酸スズ系電解質材料だけでなく、バリウムジルコネート電解質、ジルコニア電解質の調整、調達も行った。次年度以降は今年度得られたベンチマークに対して各種材料の適用可能性を評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今回の実験結果からわかるように、電極の微細構造により目的反応の進行しやすさが変化するため、プロトン導電体、電極触媒、PMの三次元的なデザインが重要である。そのため、次年度以降では、作用極（PM検知極）にはプロトン導電性電解質を加え、反応場を増大させる工夫を行うこととする。また、今回の実験でも明らかなように、リン酸スズ電解質は導電率の経時変化があるため、実用性には課題が残る。より安定と考えられるジルコネート系の電解質材料を基盤に用い、それらの表面をリン酸修飾する手法が有効であると考えられる。
また、センサ素子としては電極触媒の安定性も重要であるため、多様な雰囲気下でも安定な酸化ルテニウムや酸化イリジウムのPM酸化活性も評価する必要がある。ディーゼル排ガスがダイレクトに素子に接するため、素子の設置位置によっては、還元雰囲気から酸化雰囲気まで幅広い雰囲気下に曝される。センサを構成する材料の様々な雰囲気下における安定性の評価は重要な評価項目である。
最後に、センサ素子のデザインの検討も必要である。より簡便な構造でセンシングを行うには、排ガスの流路内に設置することを想定したデザインが理想的である。また、本提案センサは原理的にセンサ素子のサイズは小型化が可能であることは重要なアドバンテージであり、素子の温度分布によるセンシング特性への影響は小さいと考えられる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額生じた理由は、直接経費にて使用予定であった物品費を用いて30年度に研究員を雇用する方針に変更したためである。この変更により、本年度の物品費使用額は16万円程度となったが、特に問題なく研究を遂行することができた。また当初予定していた国際学会における研究発表も、国内（所属する名古屋大学）で行われる国際学会へ変更したため、旅費を使用せずに発表することができた。次年度も研究の進捗に影響が出ない範囲で同様の体制で節約しつつ、主に物品費に使用する予定である。
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