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2022 年度 実績報告書

垂直配向ナノロッドとプロトン導電性ナノシートの接合による有機ガスの超高感度認識

研究課題

研究課題/領域番号 21J20487
配分区分補助金
研究機関熊本大学

研究代表者

愼改 豪  熊本大学, 自然科学教育部, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2024-03-31
キーワード半導体式ガスセンサ / Pt担持ZnOナノ結晶 / ガス応答メカニズム / DRIFTS測定 / ZnOナノロッド / ZnOナノワイヤ
研究実績の概要

まず、酸化亜鉛(ZnO)のガス応答特性向上を目的として、Pt担持ZnOナノ結晶の合成を行った。ホットソープ法における前駆体溶液に、あらかじめ合成しておいたPtオレイルアミン錯体を添加し合成を行うことで、ZnOナノ結晶表面にPtナノ粒子を担持させることに成功した。0.1 wt%のPtナノ粒子を担持させたサンプルが、400 ℃と350 ℃においてアセトンとエタノールに対して最も高い感度を示し、Pt担持によるガス応答特性の向上が示唆された。Ptの担持量を増加させると、高温におけるガス応答特性は減少した。
続いて、合成した材料のエタノールのガス応答メカニズムを調査するため、In-situ DRIFTS測定を用いてエタノール雰囲気下における材料表面の吸着物を分析した。その結果、エタノールの燃焼過程で生じるアセテートやカーボネートなどの吸着量が、ガス応答に直接関わっている可能性を明らかにした。本結果をまとめて論文投稿を行った。
また、イタリアのブレーシア大学にて気相合成によるZnOナノワイヤの合成技術を学ぶために、3ヶ月間(7月〜9月)の研究留学を行った。VLS法を用いたZnOナノワイヤの合成手法応用し、水熱法によって合成したZnOナノロッドとZnOナノワイヤの複合材料の合成に成功した。太いZnOナノロッドのc面 (0001)から、細いZnOナノワイヤが成長している様子が確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の予定していた、プロトン導電性膜上にZnOナノロッドを垂直成長させることは難しいと判断したため、他の高感度材料に着目した。その結果、Pt担持ZnOナノ結晶の合成に成功し、In-situ DRIFTS測定によってそのガス応答メカニズムを明らかにした。

今後の研究の推進方策

本年度は、ZnOナノロッドの結晶面におけるガスの相互作用をDFT計算によって明らかにし、2021年度に行ったZnOナノロッドに関する結果とまとめて速やかに論文投稿を行う。また、イタリアで合成した材料の各種評価を行った後、論文投稿を行う。さらに、Pt担持ZnOナノ結晶の他のガスに対する応答メカニズムを調査し、より詳細な応答機構を提案する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Study on Sensing Mechanism of Volatile Organic Compounds Using Pt-Loaded ZnO Nanocrystals2022

    • 著者名/発表者名
      Shinkai Takeshi、Masumoto Keigo、Iwai Masaru、Inomata Yusuke、Kida Tetsuya
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22 ページ: 6277~6277

    • DOI

      10.3390/s22166277

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] DRIFTS測定によるPt担持ZnOナノ結晶のエタノール検知メカニズムの解明2023

    • 著者名/発表者名
      愼改豪、増本圭吾、岩井大、猪股雄介、木田徹也
    • 学会等名
      電気化学会第90回大会
  • [学会発表] Volatile Organic Compound (VOC) Sensing Mechanism of ZnO Nanorod Gas Sensor2022

    • 著者名/発表者名
      愼改豪、古賀佳菜子、Matthias Boepple、川浪弘貴、中村有水、猪股雄介、Armando T. Quitain、Nicolae Barsan、木田徹也
    • 学会等名
      The 5th International Union of Materials Research Societies International Conference of Young Researchers on Advanced Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Ethanol Sensing Mechanism of Pt-Loaded ZnO Nanocrystals2022

    • 著者名/発表者名
      愼改豪、増本圭吾、岩井大、猪股雄介、木田徹也
    • 学会等名
      The 5th International Conference On Materials and Metallurgical Engineering and Technology (ICOMMET) 2022
    • 国際学会
  • [備考] Research map

    • URL

      https://researchmap.jp/T_Shinkai

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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