極低濃度窒素酸化物検出用としての固体電解質型高性能ガスセンサの開発

开发用于检测极低浓度氮氧化物的固体电解质型高性能气体传感器

基本信息

批准号：
05650830
负责人：
三浦則雄
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650830/
关键词：
窒素酸化物ガスセンサ固体電解質環境汚染

项目摘要

燃焼炉や自動車等から排出されるNOxは大気汚染の原因物質の一つであり、この濃度を簡便、迅速で精度よく検知できる高性能な全固体型NOxセンサの開発が急務となっている。本研究では、特に固体電解質センサの検知極用補助相材料に工夫を加えることにより、応答特性の大幅な改善を目指した。その結果、Naイオン導伝体であるNASICONとBa(NO_3)_2-NaNO_3からなる2成分系硝酸塩を組合わせることによりNaNO_3単独塩を用いた場合よりも応答速度が大幅に改善されることを見出した。また、作動上限温度を250℃から450℃に上昇させることができた。これはBa(NO_3)_2の融点が高いことに起因している。さらに、2成分系では組成を適当に選択することにより、水蒸気の妨害を全くなくすこともできた。一方、従来の硝酸塩系にかわって亜硝酸塩(NaNO_2)を補助相とすることにより、空気中の低濃度NO(約1ppm)の検知が可能なことを初めて見出した。この素子ではNaNO_3の場合と比較して、より低濃度のNO_2の迅速な検知も可能なことがわかった。さらにNaNO_2に炭酸塩を加えたNaNO_2-M_2CO_3(M=Na,Li)2成分系補助相を用いることにより、CO_2、O_2、水蒸気の影響を全く受けずに、5ppbまでの極低濃度NO_2の検知が可能なことを見出した。都市の大気環境中のNO_2濃度は数十ppbといわれることより、本素子を用いれば大気中NO_2濃度を直接検知できる可能性がある。なお、固体電解質としては、主にNa^+導電体を用いたが、Ba^<2+>、F^-、O^<2->などの他のイオン導電体の使用も可能であり、本タイプの素子ではセンサ材料の組合わせの自由度も比較的大きいことがわかった。本センサの検知機構については、従来提案されている検知反応では全く説明できない応答特性が得られることより、過酸化物を介する新しい検知機構を提案した。

由燃烧炉，汽车等发出的NOx是空气污染的原因之一，并且迫切需要开发高性能的全稳态NOX NOX传感器，可以快速，准确地检测这些浓度。在这项研究中，我们旨在通过为固体电解质传感器的检测极增加辅助相材料来显着提高响应特性。结果，发现结合了由Na离子导体NASICON和BA（NO_3）_2-NANO_3组成的两个组分硝酸盐盐，与单独使用NANO_3的情况相比，响应速度显着提高。此外，工作上限温度可以从250°C增加到450°C。这是由于Ba（NO_3）_2的高熔点。此外，通过适当选择两组分系统的组成，可以消除对水蒸气的任何干扰。另一方面，首次发现使用亚硝酸盐（Nano_2）作为辅助相，而不是常规的硝酸盐系统，可以检测空气中的低浓度号（约1 ppm）。已经发现，与nano_3相比，该设备还可以在较低的浓度下快速检测到NO_2。此外，通过使用将碳酸盐添加到纳米_2中的两个组件辅助相，发现在不受co_2，o_2或水蒸气影响的情况下，可以实现极低浓度NO_2的检测。据说在城市空气环境中NO_2的浓度是几十ppb，因此使用此设备可以直接检测到大气中的NO_2浓度。尽管Na^+导体主要用作固体电解质，但也可以使用其他离子导体，例如Ba^<2+>，f^ - ，O^<2->，并且已经发现，在这种类型的元素方面，传感器材料的组合相对较大。至于该传感器的检测机制，已经提出了通过过氧化剂的新检测机制，因为它已经实现了反应特征，而响应特征无法通过先前提出的检测反应来解释。