研究課題
酸化物粒子は露出結晶面により露出元素や原子間距離の違いにより、表面エネルギーが異なる。このため露出結晶面を制御することで、粒子表面における気相分子の吸着及び反応促進といった界面相互作用を制御可能である。そこで本研究では一般的な半導体ガスセンサに利用されるSnO2を異方成長させることで露出結晶面を制御し、センサ応答に及ぼす露出結晶面の効果について検証する。SnO2の異方成長の観点から、水熱反応法により溶液場で反応させることによりSnO2ナノ粒子を異方成長したナノロッドの合成に成功。さらに条件設計によりロッド長や太さの制御に成功した。また、貴金属触媒を表面添加したナノロッドについても合成した。ガス吸着特性について、質量分析計を用いた昇温反応測定により評価した結果、(110)の露出を多くしたSnO2ナノロッドでは吸着ガス分子の反応開始温度の観点からエタノールとアセトン、トルエンとの差が確認された。なおこれらのガス分子の各露出結晶面における吸着エネルギーをDFT計算によりシミュレーションした結果、(110)面上の吸着エネルギーはエタノール、アセトン、トルエンの序列となることが確認された。さらにエタノールとアセトンでは電子的相互作用による吸着エネルギーを、トルエンではVan Der Waals力による吸着を示すことが確認された。そこでこれらの特性を利用して、10-1000 ppb エタノール、アセトン、トルエンに対するセンサ感度を評価した結果、センサ駆動温度によるガス分子の識別に成功した。さらに貴金属触媒担持により吸着ガス分子の燃焼反応を促進することでより高精度な識別検出の可能性を示した。
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