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。

燃烧炉、汽车等排放的NOx是造成空气污染的原因之一，迫切需要开发一种能够轻松、快速、准确检测NOx浓度的高性能全固态NOx传感器。在这项研究中，我们的目标是通过对固体电解质传感器传感电极的辅助相材料进行特别修改，显着提高响应特性。结果，我们发现，通过将 Na 离子导体 NASICON 与由 Ba(NO_3)_2-NaNO_3 组成的二元硝酸盐组合，与单独使用 NaNO_3 Ta 相比，响应速度显着提高。此外，我们还能够将工作温度上限从 250°C 提高到 450°C。这是由于Ba(NO_3)_2的熔点较高。此外，在二组分体系中，通过适当选择组成，可以完全消除水蒸气的干扰。另一方面，我们首次发现使用亚硝酸盐（NaNO_2）作为辅助相代替传统的硝酸盐系统可以检测空气中低浓度的NO（约1 ppm）。研究发现，该装置还可以比 NaNO_3 更快地检测较低浓度的 NO_2。此外，通过使用NaNO_2-M_2CO_3 (M=Na,Li)二元辅助相（NaNO_2和碳酸盐的组合），可以检测高达5ppb的极低浓度的NO_2，而不受CO_2、O_2或水的影响发现这是可能的。由于城市空气环境中NO_2的浓度据称为数十ppb，因此利用该装置可以直接检测大气中NO_2的浓度。虽然固体电解质主要采用Na^+导体，但也可以使用其他离子导体，如Ba^<2+>、F^-、O^<2->等。人们发现这种类型元件在传感器材料的组合上具有较大的自由度。关于该传感器的检测机制，我们提出了一种使用过氧化物的新检测机制，因为可以获得传统检测反应无法解释的响应特性。