グラファイト状窒化炭素の電子構造・化学構造とそのガスセンサ動作の相関性の解明

阐明石墨碳氮化物的电子结构和化学结构之间的相关性及其气体传感器操作

基本信息

批准号：
22K04204
负责人：
石黒康志
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Denki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

グラファイト状窒化炭素 (g-C3N4) 膜へ水素分子が吸着した際の電気伝導性変化を評価し、理論的にはg-C3N4上へ弱く吸着する水素分子が、電気伝導性にはほとんど影響を与えないことが分かった。そこで、水晶振動子上へg-C3N4膜を製膜し、水晶振動子マイクロバランス (QCM) 法により、g-C3N4膜への水素分子の吸着性評価に取り組んだ。g-C3N4を製膜していない水晶では、水素を導入しても水晶の共振周波数に変化は観測されなかったが、g-C3N4を製膜した水晶では、水素導入により共振周波数の変化が観測された。このことはg-C3N4と水素分子が何らかの相互作用をしていることを示している。水素導入を止めると、共振周波数は元に戻ることから、g-C3N4を製膜した水晶振動子が水素ガスセンサとして動作することが分かった。水素濃度を増加させると、共振周波数の変化量も線形に増加することも確認できた。水素導入によって水晶の共振周波数が増加していることから、g-C3N4膜へ水素が吸着後に、g-C3N4から何らかの元素が脱離して質量が軽くなっていることが示唆される。水素と同様に一酸化炭素 (CO) を用いても実験し、COの導入によっても水晶の共振周波数変化を確認できた。COを導入すると共振周波数が減少したことから、CO分子がg-C3N4上に吸着して質量が増加していることが考えられる。今後はこの水素およびCOの吸着・脱離のメカニズムを詳細に調べていく予定である。

我们评估了当氢分子吸附在石墨氮化碳（g-C3N4）薄膜上时电导率的变化，理论上我们发现氢分子在g-C3N4上的吸附较弱，对电导率的影响很小。它不给。因此，我们在石英晶体谐振器上制作了g-C3N4薄膜，并使用石英晶体微天平（QCM）方法来评估氢分子在g-C3N4薄膜上的吸附情况。在没有g-C3N4膜的晶体中，即使引入氢，晶体的谐振频率也没有观察到变化，但是在具有g-C3N4膜的晶体中，观察到由于引入氢而谐振频率发生变化。氢完成了。这表明g-C3N4和氢分子存在某种相互作用。当停止引入氢气时，谐振频率恢复到原来的值，表明由g-C3N4制成的晶体谐振器可以用作氢气传感器。还证实，随着氢浓度增加，共振频率的变化量也线性增加。晶体的谐振频率随着氢的引入而增加，这表明氢被吸附到g-C3N4薄膜上后，一些元素从g-C3N4薄膜上解吸出来，从而减少了其质量。与氢气类似，我们也使用一氧化碳（CO）进行了实验，并且能够确认当引入CO时晶体的共振频率发生变化。由于当引入CO时共振频率降低，因此认为CO分子被吸附到g-C3N4上并且其质量增加。未来，我们计划详细研究氢气和CO的吸附和解吸机理。