Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ゼオライト / 金属錯体 / センサー / NO_x / 環境 / 配位 / 配位子 / 薄膜 / NOx

本研究では一酸化窒素NOが、ある種の金属錯体に特異的に配位結合する性質を利用し、配位に基づく色の変化を検出することによる、高選択性NOセンサーの開発することを目的とした。具体的にはゼオライト中のナノ空間中に金属錯体を、その場合成により閉じ込めることに基づく、新しい概念のセンサーを提案する。
第一年度はイオン交換と錯体形成に関する検討を中心に行い、骨格をファジャサイト型ゼオライト、配位子をEDTA、中心金属をコバルト、対象ガスをNOに規定することができた。そこで、第二年度においてはセンシング実験を中心とした検討を中心に行った。流通系の装置を作製し、上述のサンプルを調製後ガラス管に充填し、前処理を行った後にNOガスを導入した。その際の固体粒子の変化をUV-vis領域においてin-situで分光測定を行った。配位子のない場合の検討から、ガス中に含まれる水分を十分除去すれば、数分という実用上問題のない速度で300-450nmにNO吸着に基づく吸光度の変化が確認できた。この領域での変化は目視によっても確認でき、また水の吸着に基づく色変化とは分離できた。NO濃度によっては、吸光度も変化し、定量分析が可能であった。しかしながら、水が共存する場合には、応答速度が著しく低下した。そこで、EDTAを配位したところ、水の存在下でも比較的短い応答時間で測定することができた。金属錯体の導入量を増加させることにより、気相中のNO濃度をセンサーの色変化として、目視により測定することも可能になるものと思われる。

ゼオライト / 水晶 / センサー / 分子ふるい / 薄膜 / NOx / SO_2 / イオン交換 / 水熱合成 / モレキュラーシ-ヴ

本研究の目的は水晶基板表面にモレキュラーシ-ヴ機能を有するゼオライト薄膜を直接製膜することにより、高温下でも高度な選択性が期待できる新しいNOx、SO2センサーを開発することである。このような高機能材料を創製することができれば、発電ボイラー、燃焼炉自動車エンジンの排ガスの情報を燃焼系に即座にフィードバックすることができるので、省エネルギー、環境への負荷の低減の両面で画期的な貢献が期待される。本研究は、21世紀の人類の存続の根幹に関わる「地球環境問題」の解決の重要な一端を担うものであると考える。
まずZSM-5を水晶基板表面に薄膜化した。水熱合成条件中に水晶基板を導入することにより、基板上での薄膜化を検討を行った。合成時間,合成容液中のSiやH2O濃度やテンプレート剤の種類など、合成条件を種々検討し、本研究で購入したX線解析装置、走査電子顕微鏡で評価を行った。この結果、配向膜を合成可能な条件、結晶サイズを制御可能な条件を見出した。水晶基板上にAu-Cr電極を作製した後に、製膜を行い、センサーを構築した。なおセンサーとしての評価に際し、コンピューター制御のセンサーシステムを構築した。製膜後、有機物を焼成除去してから、銅でイオン交換を行い、センシングテストに用いたところ、100ﾟCでNOの検出に成功した。
さらにY型ゼオライトの合成条件を探索し、単相の薄膜可能な条件を確定した。この系では150ﾟCでSO2の検出が可能であった。

【研究分担者】
原野安土	群馬大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)
山下敏	東京ガス	フロンティアテクノロジー研究所	主任研究員