タイトル（MS ゴシック+Arial）
25 mm
番号を入れ
20 ポイントる の で 少しあける
複素インピーダンス応答型ジルコニアセンサの炭化水素に対する検知特性
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講演者に○印（九大院総理工 、九大産学連携センター ） ○春日花子 、長崎次郎 、九州太郎 2 MS ゴシック
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12 ポイント
12

1

2

Sensing Performances of Impedancemetric Zirconia-Based Sensor
for Detecting Hydrocarbons

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タイトル（Arial）
12 ポイント

Hanako Kasuga1, Jiro Nagasalo2, and Taro Kyushu2
1
Interdisciplinary Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University,
Kasuga-shi, Fukuoka 816-8580
2Art, Science and Technology Center for Cooperative Research, Kyushu University,Kasuga-shi, Fukuoka 816-8580
所属（Arial, イタリック）

12 ポイント

1 行空けるWe have recently proposed and examined new-type impedancemetric sensors using
yttria-stabilized zirconia (YSZ) and oxide sensing-electrode (SE) for detection of total NOx,
H2O and hydrogen-containing gases at high temperatures. Here, we report that this type
impedancemetric sensor based on YSZ can detect some hydrocarbons (HCs) sensitively
英文（Arial）
and selectively under wet condition, if the selection of SE material and operating condition
12 ポイント
could be made properly. Among the various single-oxide SEs examined, SnO2 gave the100～200 words
highest sensitivity to C3H6 at 600°C. However, this oxide has also given relatively highsensitivity to CH4 which is not regulated as an air pollutant. Thus, we have chosen ZnO as
an SE material which gives rather high sensitivity to C3H6 as well as negligible sensitivity toCH4. In addition, when 1.5 wt% Pt was added to ZnO-SE and +50 mV vs. Pt counterelectrode (CE) / reference electrode (RE) was applied to this SE, the present sensor was20 mm found to detect C3H6 rather sensitively having little interference with other gases, such as 20 mm
CO, NO, NO2, H2 and CH4, at 600°C even in the presence of 1 vol% H2O.

1 行空ける1. 緒 言和文（MS ゴシック+Arial）
炭化水素（HC）は、光化学スモッグやグリーンハウス効果の原因となる典型的な大気汚染物質ポイントであるため、自動車や産業プロセスから排出される炭化水素濃度を in situ 12でモニタリングできるセンサの開発が強く望まれている。そのために、安定化ジルコニア（YSZ）などを主構成材料とした高温作動型電気化学センサがよく研究されており、電流検出型や混成電位型炭化水素センサに関する論文がいくつか報告されている。我々は最近、YSZ を主構成材料として用い、これらのセンサとは全く異なる電極反応に伴う複素インピーダンスの変化をセンサ応答信号とした新規な複素インピーダンス応答型センサを提案し、トータル NOx1,2)、H2O3)、水素含有ガス 4)などを検出可能なセンサを報告してきた。本研究では、YSZ をセンサの主構成材料として同様に用い、炭化水素の検出が可能な複素インピーダンス応答型ジルコニアセンサを提案、検討した。
1 行空ける2. 実験方法
市販の YSZ 管（8 mol% Y2O3 doped、NKT 製、内径 5 mm、外径 8 mm、長さ 300 mm）の外側表面に種々の酸化物ペーストを帯状に塗布し、内側表面の先端に Pt ペーストを塗布した。そ

20 mm

25 mmの後、管状炉を用いて空気中、1200°C で 2 時間焼成することにより、それぞれ検知極（SE）、対|Z| / kΩ

Pt-CE/RE に対して種々の電位を印加した状態で応答特性の測定を行った。その結果、図 2 に示すように、いずれの電位を印加した場合も無印加の場合よりも C3H6 感度が向上し、特に−50、+50、+100 mV を印加した時には、SnO2検知極素子よりも高い C3H6 感度を14示した。今回検討した中では、
air CO air NO air NO2 air H2 air CH4 air C3H6 air
12+100 mV 印加した場合に最も高いC3H6 感度を示したが、インピーダン10ス応答型素子の安定性を考えた場8合、印加電位はなるべく小さい方が良いと考えられる。そのため、6+100 mV 印加に近い C3H6 感度を示すとともに、C3H6 に対して高選択600°C
41 vol.% H2O性であり、しかも電位がより小さい
2+50 mV を本センサの最適印加電0510152025303540位とした。
Time / minFig. 3 Response and recovery transients to each of variousgases (NO, NO2; 200 ppm, others; 400 ppm each) for thesensor using ZnO(+ 1.5 wt% Pt)-SE at 600°C in the presenceof 1 vol% H2O under polarization of +50 mV vs. Pt-CE/RE.

図・表は、すべて英語（Arial）で記載して下さい。
中 略

20 mm

20 mm

中 略

20 mm

25 mm中 略

図・表は、すべて英語（Arial）で記載して下さい。

|（|Z|base－|Z|sample）/ |Z|base|

図 3 には、この最適条件での素0.7子について、周波数を 1 Hz に固定し、加湿合成空気から種々の600°C
0.6
1 vol.% H2O
ガスに切り替えたときの応答曲0.5線を示した。これより、本センサ
は CO や H2 にもほとんど応答せ0.4ず、C3H6 だけに選択性的に応答0.3することが分かる。また、
400 ppm C3H6 に対する 90%応
0.2
答・回復時間は 5 秒以下とかなり0.1速いことも分かる。さらに、1 Hzでの相対感度の C3H6 濃度（対0101001000数）依存性を調べたところ、図 4Concentration of C3H6 / ppm
20 mm に 示 す よ う に 低 濃 度 側 （ 約 Fig. 4 Dependence of the relative sensitivity at 1 Hz on the 20 mm30 ppm 以下）では直線性から外 concentration of C3H6 for the sensor using ZnO(+ 1.5 wt% Pt)れ る が 、 約 50 ppm か ら SE at 600°C in the presence of 1 vol.% H2O under polarizationof +50 mV vs. Pt-CE/RE.
800 ppm までの範囲で良好な直線関係が得られた。この関係は、今までに我々が報告したセンサ 1–4)の場合と同様であり、本複素インピーダンス応答型センサの感度とガス濃度の相関は、ラングミュア吸着等温式に基づいて考えることができる。
以上の結果より、本複素インピーダンス応答方式において、検知極に ZnO（+1.5 wt% Pt）を用い、Pt-CE/RE に対して+50 mV の電位を印加して測定することにより、ある種の炭化水素に対して特異的な応答特性を示すセンサが得られることが分かった。他の炭化水素（高級飽和炭化水素、C3H6 以外の不飽和炭化水素など）に対する応答特性や応答メカニズムについては、現在検討中である。

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参考文献（Arial, 文献名：イタリック、巻：ボールド）（参考文献）
1) N. Miura, M. Nakatou, S. Zhuiykov, Sensors and Actuators B, 93, 221 (2003).
2) M. Nakatou, N. Miura, Journal of the Ceramic Society of Japan, 112, S532 (2004).
3) M. Nakatou, N. Miura, Electrochemistry Communications, 6, 995 (2004).
4) M. Nakatou, N. Miura, Solid State Ionics, in press.
20 mm