貴金属ナノコンポジット膜による高感度ガスセンサー用電極の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555184
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60125549)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 禎一 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10333882) ; 明石 孝也 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20312647) ; 増本 博 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50209459) ; 小野 敬 (株)リケン, 研究センター, 主任研究員 ; 宮崎 英敏 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60344719)
• Keywords: 酸素センサー / 電極材料 / ナノコンポジット / Ru-C / 低温作動 / 燃料電池 / 濃淡セル / ACインピーダンス

Research Abstract

有機金属錯体を原料とする化学気相析出(MOCVD)法によって、Ruナノ粒子と炭素から構成されるナノコンポジット膜を合成し、合成条件による膜の組成・微細組織の変化を調べ、低温作動酸素センサー用電極材料としての評価を行った。Ru-dpm錯体を473Kに加熱して気化させ、Arガスをキャリアガスとして反応室内の基板近傍に導入し、成膜圧力3Torr、基板温度923Kで成膜することによって金属RuとCからなる膜が得られた。TEM観察では、直径10nm以下の球状Ru粒子が非晶質C中に分散しており、ナノコンポジット化していることが確認された。YSZ固体電解質上にRu-Cコンポジット膜を合成し、酸素センサー用電極としての特性を評価した。その結果、コンポジット電極とYSZ固体電解質界面の電気抵抗は極めて小さく、ペースト法で作製したPt電極と比較して2〜3桁程度高い電気伝導度を示すことがわかった。特にPt電極が作動しない300〜400℃以下の低温度域においても高い電気伝導度を維持していた。さらに、Ru-Cナノコンポジット電極とYSZからなる酸素ガス濃淡セルを作製し、酸素センサー動作試験を行った。その結果、250℃以下でも酸素濃度の変化に追従して起電力が変化し、低温で使用することが可能な電極材料であることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] T.Kimura: "Preparation of RuO_2-YSZ nano-somposite films by MOCVD"Surf.Coat.and Tech.. 167・2-3. 240-245 (2003)
• [Publications] J.R.V.Garcia: "Chemical Vapor Deposition of Iridium, Platinum, Rhodium and Palladium"Materials Transaction. 44・9. 1717-1728 (2003)