JP2006276029A - Proton acceptor type sensor, hydrogen gas sensor, and acid sensor - Google Patents

Proton acceptor type sensor, hydrogen gas sensor, and acid sensor Download PDF

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仁 水口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cheaper hydrogen gas sensor which has highest responsive selectivity with respect to proton and operates at room temperature. <P>SOLUTION: These hydrogen gas sensor and acid sensor allow protons to be in contact with an organic compound which can introduce pyridine ring such as a pyridine DPP, detecting variations in electrical resistivity, photoconductivity and photoabsorption band of the organic compound involved in protonation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はプロトン(H)に対する感応選択性が良好なセンサーに関し、特に水素ガスセンサー及び酸センサーに関するものである。 The present invention relates to a sensor having good sensitivity selectivity to protons (H + ), and more particularly to a hydrogen gas sensor and an acid sensor.

近年、製品の製造工程に各種のガスを利用するケースが多く、なかでも半導体の製造工場では、単結晶シリコン基板上にガス化学反応プロセスを採用するため、揮発性があったり、毒性があるガスが多く使用されている。そして、水素ガスはこの種のガスのキャリアガスとして多量に使われている。しかるに、水素ガス自体が爆発性の強いガスであり、水素ガスの漏洩をいち早く検知する必要がある。   In recent years, there are many cases where various gases are used in the manufacturing process of products, and in particular, semiconductor manufacturing factories employ a gas chemical reaction process on a single crystal silicon substrate, so there are volatile and toxic gases. Is often used. Hydrogen gas is used in large quantities as a carrier gas for this type of gas. However, hydrogen gas itself is a highly explosive gas, and it is necessary to quickly detect leakage of hydrogen gas.

更に、石油をはじめとする化石燃料の枯渇が懸念されており、これに代わるエネルギー源として様々なものが研究されている。水素は水の電気分解によって容易に得ることができる上、燃焼生成物が水であり、COやNO、SO等を排出しないという特徴を有するもので、非常に優れた次世代エネルギー源といえる。 Furthermore, there is concern about the depletion of fossil fuels such as oil, and various energy sources have been studied as alternative energy sources. Hydrogen can be easily obtained by electrolysis of water, and its combustion product is water, and it has the characteristics that it does not emit CO 2 , NO X , SO X, etc. It can be said.

さて、水素エネルギーを電力に変換する手法としては、水素と酸素の化学反応を使った燃料電池が最も注目を浴びている。特に燃料電池を搭載した燃料電池車は「環境対策車の本命」として有望視されている。しかし、水素は最も軽く小さな分子であるため漏れ易いという特徴があり、かつ発火しやすく燃焼速度も速いために極めて危険な気体といえる。そのため、将来水素エネルギーシステムが普及すれば、水素ガスセンサーの位置付けはますます重要になるものと予想される。   As a method for converting hydrogen energy into electric power, a fuel cell using a chemical reaction between hydrogen and oxygen has received the most attention. In particular, fuel cell vehicles equipped with fuel cells are regarded as promising as “the favorite of environmentally-friendly vehicles”. However, since hydrogen is the lightest and smallest molecule, it has the characteristics of being easily leaked, and it can be said to be an extremely dangerous gas because it ignites easily and the combustion speed is high. Therefore, if hydrogen energy systems become popular in the future, the positioning of hydrogen gas sensors is expected to become increasingly important.

現在、水素ガスセンサーとしては金属酸化物を用いた半導体式のものが代表的である。これは高感度かつ高い信頼性を有しているが、センサー素子自体は高温に加熱する必要がある。そのため、小型及び軽量化、低消費電力化あるいはセンサーの低コスト化には限界があり、多種多様な用途に対応できないと考えられる。   At present, a semiconductor gas sensor using a metal oxide is representative as a hydrogen gas sensor. This has high sensitivity and high reliability, but the sensor element itself needs to be heated to a high temperature. For this reason, there is a limit to reducing the size and weight, reducing the power consumption, or reducing the cost of the sensor, and it is considered that it cannot be used for a wide variety of applications.

水素ガスセンサーの具体例を示せば、例えば、特開昭59−120945号がある。これは、絶縁性基板の一方面に形成された対向する1対の電極と、これらの電極を覆うガス感応膜(SnO)と、基板の反対面に備えたヒータと、このヒータに接続されたリード線と、ガス感応膜上に形成された触媒層(Pt等)とからなる水素ガスセンサーが提案されている。しかしながら、この水素ガスセンサーでは、触媒層がスクリーン印刷により形成されているため、膜厚の制御が難しくてバラツキが大きく、センサーとしての特性の管理が難しい。さらに、この水素ガスセンサーは、動作温度が400℃程度の高温であるという難点を有する。 A specific example of the hydrogen gas sensor is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-120945. This is composed of a pair of opposed electrodes formed on one surface of an insulating substrate, a gas sensitive film (SnO 2 ) covering these electrodes, a heater provided on the opposite surface of the substrate, and a heater connected to the heater. A hydrogen gas sensor comprising a lead wire and a catalyst layer (such as Pt) formed on a gas sensitive film has been proposed. However, in this hydrogen gas sensor, since the catalyst layer is formed by screen printing, it is difficult to control the film thickness, resulting in large variations, and it is difficult to manage the characteristics of the sensor. Furthermore, this hydrogen gas sensor has a drawback that the operating temperature is as high as about 400 ° C.

また、例えば半導体製造工場においては、洗浄剤としてイソプロピルアルコールが用いられており、常に空気中に揮散している。このような条件下で、水素ガスの漏洩を確実に検知することは難しく、このため、特開平01−250851号に提案されているように、ガス感応膜上にガス不感応薄膜層(SiO、アルミナ等の酸化物等)を設けることが提案されているが、ガス不感応薄膜層の製法が難しく、コストアップは避けられず、センサーの特性を管理するための管理コストも高くなってしまう。 Further, for example, in a semiconductor manufacturing factory, isopropyl alcohol is used as a cleaning agent, and is always volatilized in the air. Under such conditions, it is difficult to reliably detect the leakage of hydrogen gas. For this reason, as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 01-250851, a gas insensitive thin film layer (SiO 2) is formed on the gas sensitive film. However, it is difficult to produce a gas-insensitive thin film layer, the cost is unavoidable, and the management cost for managing the sensor characteristics also increases. .

更に、フタロシアニン蒸着膜を用いたガス検出素子の報告はあるが、ガスの吸着/脱着に伴う電気伝導度をモニタするものであり、電子供与性あるいは電子吸引性のガスに対するガス選択性がなくその動作も極めて不安定であった。   Furthermore, although there has been a report of a gas detection element using a phthalocyanine vapor-deposited film, it is intended to monitor the electrical conductivity associated with gas adsorption / desorption, and has no gas selectivity for electron donating or electron withdrawing gas. The operation was also extremely unstable.

本発明は上記のような従来の技術に鑑みて開発されたものであり、プロトンに対する感応選択性が良好でかつ室温で動作する水素センサー、酸センサー等のプロトン受容型ガスセンサーを安価に提供するものである。   The present invention has been developed in view of the above-described conventional technology, and provides a proton-accepting gas sensor such as a hydrogen sensor or an acid sensor that has good sensitivity selectivity to protons and operates at room temperature at low cost. Is.

本発明は、窒素原子を含む複素環を導入した有機化合物にプロトンを接触させ、プロトン付加に伴う前記有機化合物の電気抵抗率、光伝導度、又は光学吸収帯の変化を検知することを特徴とするプロトン受容型ガスセンサーに関する。
また、本発明は、窒素原子を含む複素環がピリジン系の複素環である上記プロトン受容型ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物が、窒素原子を含む複素環を導入した有機顔料である上記プロトン受容型ガスセンサーに関する。
また、本発明は、ピリジン環を導入した有機化合物にプロトンを接触させ、プロトン付加に伴う前記有機化合物の電気抵抗率、光伝導度、又は光学吸収帯の変化を検知してなる水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物がピリジン環を導入した有機顔料である前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機顔料がピロロピロール、キナクリドン、インジゴ、フタロシアニン、アントラキノン、インダンスロン、アンスアンスロン、ペリレン、ピラゾロン、ペリノン、イソインドリノン、イソインドリン、ジオキサジン、又はそれぞれの誘導体である前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物と水素ガスのプロトン化触媒を接触させた前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記プロトン化触媒がPt、Pd、Ni、又はこれらの二成分合金若しくは三成分合金である前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物の膜の片面又は両面に感度促進剤として有機顔料の膜を積層した前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物の膜に接して少なくとも1対の電極を配置して電気抵抗率又は光伝導度の変化を検知する前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物の膜が真空蒸着膜又はスパッター膜である前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、基板上に少なくとも1対の電極を対向して配置し、この上に前記有機化合物の膜を有し、有機化合物の膜の片面若しくは両面にプロトン化触媒が接触、又は有機化合物の膜中にプロトン化触媒が分布した素子であって、電極間の電気抵抗率の変化を検知する電気抵抗モードの前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、プロトン化触媒を、基板及び電極上、有機化合物の膜上、又は有機化合物の膜中のいずれかに、真空蒸着法又はスパッター法により島状に設けた前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、n−Si基板をゲートとし、基板上に酸化シリコンの絶縁膜を介してソース及びドレイン電極を形成し、さらに酸化シリコン及び電極上に前記有機化合物の膜を形成した電界効果型トランジスタ構造(FET)を有する前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、励起光源を組み合わせ、光電導度の変化を検知する光伝導モードの前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、フォトダイオード又は電子増倍管を組み合わせ、光学吸収帯の変化を検知する光学吸収帯モードの前記水素ガスセンサーに関する。
また、本発明は、ピリジン環を導入した有機化合物にプロトンを接触させ、プロトン付加に伴う前記有機化合物の電気抵抗率、光伝導度、又は光学吸収帯の変化を検知することを特徴とする酸センサーに関する。
また、本発明は、前記有機化合物がピリジン環を導入した有機顔料である上記酸センサーに関する。
また、本発明は、前記有機顔料がピロロピロール、キナクリドン、インジゴ、フタロシアニン、アントラキノン、インダンスロン、アンスアンスロン、ペリレン、ピラゾロン、ペリノン、イソインドリノン、イソインドリン、ジオキサジン、又はそれぞれの誘導体である上記酸センサーに関する。
本願の開示は、2003年10月22日に出願された特願2003−362412号及び2004年5月13日に出願された特願2004−144138号に記載の主題と関連しており、それらの開示内容は引用によりここに援用される。
The present invention is characterized in that a proton is brought into contact with an organic compound into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced, and a change in electrical resistivity, photoconductivity, or optical absorption band of the organic compound due to proton addition is detected. The present invention relates to a proton-accepting gas sensor.
The present invention also relates to the above proton-accepting gas sensor, wherein the heterocyclic ring containing a nitrogen atom is a pyridine-based heterocyclic ring.
The present invention also relates to the above proton-accepting gas sensor, wherein the organic compound is an organic pigment into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced.
The present invention also relates to a hydrogen gas sensor obtained by bringing a proton into contact with an organic compound into which a pyridine ring is introduced and detecting a change in electrical resistivity, photoconductivity, or optical absorption band of the organic compound accompanying proton addition. .
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor, wherein the organic compound is an organic pigment having a pyridine ring introduced.
In the present invention, the organic pigment may be pyrrolopyrrole, quinacridone, indigo, phthalocyanine, anthraquinone, indanthrone, anthanthrone, perylene, pyrazolone, perinone, isoindolinone, isoindoline, dioxazine, or a derivative thereof. It relates to a hydrogen gas sensor.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor in which the organic compound and a hydrogen gas protonation catalyst are brought into contact with each other.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor, wherein the protonation catalyst is Pt, Pd, Ni, or a binary or ternary alloy thereof.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor in which an organic pigment film is laminated as a sensitivity promoter on one or both surfaces of the organic compound film.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor, wherein at least one pair of electrodes is arranged in contact with the organic compound film to detect a change in electrical resistivity or photoconductivity.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor, wherein the organic compound film is a vacuum deposited film or a sputtered film.
In the present invention, at least one pair of electrodes are arranged opposite to each other on a substrate, and the organic compound film is provided on the electrode, and a protonation catalyst is in contact with one side or both sides of the organic compound film, or organic The present invention relates to the hydrogen gas sensor in an electric resistance mode in which a protonation catalyst is distributed in a compound film and detects a change in electric resistivity between electrodes.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor, wherein the protonation catalyst is provided in an island shape by vacuum deposition or sputtering on the substrate and the electrode, on the organic compound film, or in the organic compound film. .
The present invention also provides an electric field in which an n + -Si substrate is used as a gate, source and drain electrodes are formed on the substrate via a silicon oxide insulating film, and the organic compound film is formed on the silicon oxide and the electrode. The present invention relates to the hydrogen gas sensor having an effect transistor structure (FET).
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor in a photoconductive mode that detects a change in photoelectric conductivity by combining an excitation light source.
The present invention also relates to the hydrogen gas sensor in an optical absorption band mode for detecting a change in an optical absorption band by combining a photodiode or an electron multiplier.
The present invention also provides an acid characterized in that a proton is brought into contact with an organic compound into which a pyridine ring is introduced, and a change in electrical resistivity, photoconductivity, or optical absorption band of the organic compound due to proton addition is detected. Regarding sensors.
The present invention also relates to the acid sensor, wherein the organic compound is an organic pigment having a pyridine ring introduced.
Further, in the present invention, the organic pigment is pyrrolopyrrole, quinacridone, indigo, phthalocyanine, anthraquinone, indanthrone, anthanthrone, perylene, pyrazolone, perinone, isoindolinone, isoindoline, dioxazine, or a derivative thereof. It relates to an acid sensor.
The disclosure of the present application relates to the subject matter described in Japanese Patent Application No. 2003-36212 filed on October 22, 2003 and Japanese Patent Application No. 2004-144138 filed on May 13, 2004. The disclosure is incorporated herein by reference.

本発明のプロトン受容型ガスセンサーは、窒素原子を含む複素環を導入した有機化合物にプロトンを接触させ、プロトン付加に伴う前記有機化合物の電気抵抗率、光伝導度、又は光学吸収帯の変化を検知することを特徴とする。   The proton-accepting gas sensor of the present invention brings a proton into contact with an organic compound into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced, and changes the electrical resistivity, photoconductivity, or optical absorption band of the organic compound accompanying proton addition. It is characterized by detecting.

以下、本発明のプロトン受容性のガスセンサーについて、ピリジン化したピロロピロール顔料を用いた水素ガスセンサーを中心に説明する。   Hereinafter, the proton-accepting gas sensor of the present invention will be described focusing on a hydrogen gas sensor using a pyridined pyrrolopyrrole pigment.

さて、本発明者は有機顔料として知られているピロロピロール(以下、DPPと称す)の電子構造(特に固体状態における色調)を、分子構造、結晶構造ならびに分子間相互作用の立場から明らかにし、その応用についても種々の提案をしてきた。しかるに、DPPの中でも、ピリジン環(好ましくは、パラ位に窒素原子)を持つDPP(以下、ピリジン・DPP又はDPPPと称す)がプロトンに極めて敏感に反応することを突き止めた。即ち、DPP骨格にピリジン環を有するピリジン・DPPはプロトンに対する感受性が極めて高く、プロトン付加に伴い室温で電気抵抗率、光伝導度、光学吸収帯等に大きな変化が現れる。かかる知見に基づいて本発明が完成したもので、信頼性の高い水素ガスセンサーが提供できることが判明したものである。尚、文献{J. Mizuguchi, H. Takahashi and H. Yamakami: Crystal structure of 3,6-bis(4'-pyridyl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione, Z. Krist. NCS 217, 519-520 (2002)} に示される様に、ピリジン・DPPには2つの結晶相が存在するが、水素ガスセンサーには特に結晶相I(ピリジン環の窒素原子がNH…N の水素結合を形成していない結晶相)が好ましい。   Now, the present inventors have clarified the electronic structure (particularly the color tone in the solid state) of pyrrolopyrrole (hereinafter referred to as DPP), which is known as an organic pigment, from the standpoint of molecular structure, crystal structure and intermolecular interaction. Various proposals have been made for its application. However, among DPPs, it was found that DPP having a pyridine ring (preferably a nitrogen atom at the para position) (hereinafter referred to as pyridine / DPP or DPPP) reacts very sensitively with protons. That is, pyridine.DPP having a pyridine ring in the DPP skeleton is extremely sensitive to protons, and a large change appears in the electrical resistivity, photoconductivity, optical absorption band, etc. at room temperature with proton addition. Based on this finding, the present invention has been completed, and it has been found that a highly reliable hydrogen gas sensor can be provided. Reference {J. Mizuguchi, H. Takahashi and H. Yamakami: Crystal structure of 3,6-bis (4'-pyridyl) -pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione, Z. Krist As shown in NCS 217, 519-520 (2002)}, there are two crystalline phases in pyridine DPP, but in the hydrogen gas sensor, crystalline phase I (the nitrogen atom of the pyridine ring is NH… N The crystalline phase in which no hydrogen bond is formed is preferred.

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ピリジン・DPPは光や熱に対して極めて安定であるが、プロトン(H)がやって来ると室温でも即座に反応し、光学吸収帯域は540nm(赤)から580nm(紫)へと変化する。これに伴い電気抵抗率は3〜5桁も低下し、大きな光伝導も出現する。これらの現象のどれを利用しても室温で動作する感度の高い水素ガスセンサーが提供できる。 Pyridine / DPP is extremely stable against light and heat, but when protons (H + ) arrive, it reacts immediately even at room temperature, and the optical absorption band changes from 540 nm (red) to 580 nm (purple). Along with this, the electrical resistivity decreases by 3 to 5 orders of magnitude, and large photoconduction appears. Any of these phenomena can be used to provide a highly sensitive hydrogen gas sensor that operates at room temperature.

本発明に使用される有機化合物としては、窒素原子を含む複素環が導入された有機顔料であることが好ましく、例えば、本上記ピリジン・DPPとその誘導体(化2)、ピリジン化したキナクリドンとその誘導体(化3)、インジゴとその誘導体(化4)、フタロシアニンとその誘導体(化5)、アントラキノンとその誘導体(化6)、インダンスロンとその誘導体(化7)、アンスアンスロンとその誘導体(化8)、ペリレンとその誘導体(化9−1)、(化9−2)、ピラゾロンとその誘導体(化10)、ペリノンとその誘導体(化11−1)、(化11−2)、イソインドリノンとその誘導体(化12)、イソインドリンとその誘導体(化13)、ジオキサジン(化14)とその誘導体等同様な化合物でも可能である。   The organic compound used in the present invention is preferably an organic pigment into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced. For example, the pyridine-DPP and its derivative (Chemical Formula 2), pyridined quinacridone and Derivatives (Chemical formula 3), Indigo and its derivatives (Chemical formula 4), Phthalocyanine and its derivatives (Chemical formula 5), Anthraquinone and its derivatives (Chemical formula 6), Indanthrone and its derivatives (Chemical formula 7), Anthanthrone and its derivatives (Chemical formula 6) 8), perylene and its derivatives (Chemical 9-1), (Chemical 9-2), pyrazolone and its derivatives (Chemical 10), perinone and its derivatives (Chemical 11-1), (Chemical 11-2), Similar compounds such as indolinone and derivatives thereof (Chemical Formula 12), isoindoline and derivatives thereof (Chemical Formula 13), dioxazine (Chemical Formula 14) and derivatives thereof are also possible.

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更に、本発明にて選択される有機化合物は上記のものに限定されるものではない。本発明にて選択される有機化合物は、窒素原子を含む複素環、好ましくはピリジン系の複素環を導入した有機化合物である。例えば、次のような窒素原子を含む六員環(本発明において、ピリジン系の複素環とも称す)(化15)を有する有機化合物であっても、或いはシンノリン(化16)、フタラジン(化17)、フェナジン(化18)等の窒素原子を含む縮合環を有する有機化合物であってもよい。   Furthermore, the organic compound selected in the present invention is not limited to the above. The organic compound selected in the present invention is an organic compound into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom, preferably a pyridine type heterocyclic ring is introduced. For example, an organic compound having the following six-membered ring containing a nitrogen atom (also referred to as a pyridine-based heterocycle in the present invention) (Chemical Formula 15), or cinnoline (Chemical Formula 16) or phthalazine (Chemical Formula 17). ), An organic compound having a condensed ring containing a nitrogen atom, such as phenazine (Chemical Formula 18).

具体的には、上記の(化2)〜(化14)の化合物において、ピリジン環を(化15)〜(化18)に置き換えた化合物が挙げられる。   Specifically, in the compounds of (Chemical Formula 2) to (Chemical Formula 14) described above, compounds in which the pyridine ring is replaced by (Chemical Formula 15) to (Chemical Formula 18) can be mentioned.

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ピリジン環を有するDPPは、例えば、特許公報(B2) 特公平4−25273号に記載されている方法に従い、シアノピリジンと琥珀酸から合成することができる。さらに、他の窒素原子を有する有機化合物については、例えば、W. Herbst and K. Hunger, Industrial Organic Pigments -Production, Properties, Applications-, VCH Weinheim・New York・Basel・Cambridge (1993)に記載されている方法に従い合成することができる。   DPP having a pyridine ring can be synthesized from cyanopyridine and oxalic acid, for example, according to the method described in Japanese Patent Publication No. 4-25273. Further, other organic compounds having nitrogen atoms are described in, for example, W. Herbst and K. Hunger, Industrial Organic Pigments -Production, Properties, Applications-, VCH Weinheim, New York, Basel, Cambridge (1993). It can be synthesized according to the existing method.

以下、更にピリジン・DPPの例を中心に説明するが、本発明の基本プロセスは次の2過程からなるもので、第1の過程は、水素ガス(水素分子)の解離とプロトン化の過程(H→H+H→2H+2e)、第2の過程は、プロトンのピリジン・DPPへの付加に伴う物性の変化を検知する過程である。 In the following, the example of pyridine / DPP will be mainly described. The basic process of the present invention consists of the following two processes. The first process is a process of dissociation and protonation of hydrogen gas (hydrogen molecule) ( H 2 → H + H → 2H + + 2e), the second process is a process of detecting a change in physical properties accompanying addition of protons to pyridine / DPP.

第1の過程にあって、水素ガスのプロトン化が問題となるが、好ましくはPt、Pd、Ni、又はこれらの二成分合金若しくは三成分合金等の触媒を用いることで解決できる。つまり、これらの金属に接触すると水素分子は不安定になり、原子状水素(H)を経てプロトン化する。具体的には、Pd、Ptをスパッターすることにより水素ガスのプロトン化を促進することとしたものである。   In the first process, protonation of hydrogen gas becomes a problem, but it can be preferably solved by using a catalyst such as Pt, Pd, Ni, or a binary alloy or a ternary alloy thereof. That is, when coming into contact with these metals, hydrogen molecules become unstable and protonate via atomic hydrogen (H). Specifically, protonation of hydrogen gas is promoted by sputtering Pd and Pt.

第2の過程における素子構造は、基本的には少なくとも1対の電極を備え、この電極間にピリジン・DPPを配したもので、水素ガスをプロトン化する上記の触媒を島状に配置したものである。ここで島状とはスパッター法で作製した膜に電気的な導通が現れない程度に金属粒子が島状に点在している状態である。   The element structure in the second process basically includes at least one pair of electrodes, and pyridine / DPP is arranged between the electrodes, and the above catalyst for protonating hydrogen gas is arranged in an island shape. It is. Here, the island shape is a state in which metal particles are scattered in an island shape to such an extent that electrical continuity does not appear in a film manufactured by a sputtering method.

従って、本発明の水素ガスセンサーにおいては、有機化合物と水素ガスのプロトン化触媒とが接触していることが好ましい。   Therefore, in the hydrogen gas sensor of the present invention, the organic compound and the hydrogen gas protonation catalyst are preferably in contact with each other.

本発明の水素ガスセンサーは、好ましくは、上述した有機化合物の膜に接して少なくとも1対の電極を配置して電気抵抗率又は光伝導度の変化を検知する水素ガスセンサーである。また本発明の水素ガスセンサーは、特に好ましくは、基板上に少なくとも1対の電極を対向して配置し、この上に前記有機化合物の膜を有し、有機化合物の膜の片面若しくは両面にプロトン化触媒を接触、又は有機化合物の層中にプロトン化触媒が分布した素子であって、電極間の電気抵抗率の変化を検知する電気抵抗モードの水素ガスセンサーである。有機化合物の膜は、真空蒸着法又はスパッター法により設けることができ、好ましくは真空蒸着法により設けることができる。また、プロトン化触媒は、基板及び電極上、有機化合物の膜上、又は有機化合物の膜中に、真空蒸着法又はスパッター法、好ましくはスパッター法により島状に設けることができる。   The hydrogen gas sensor of the present invention is preferably a hydrogen gas sensor that detects a change in electrical resistivity or photoconductivity by disposing at least one pair of electrodes in contact with the organic compound film described above. In the hydrogen gas sensor of the present invention, it is particularly preferable that at least one pair of electrodes are arranged opposite to each other on a substrate, the organic compound film is provided on the electrode, and protons are formed on one or both sides of the organic compound film. This is an element in which a protonation catalyst is contacted or a protonation catalyst is distributed in an organic compound layer, and is an electric resistance mode hydrogen gas sensor that detects a change in electrical resistivity between electrodes. The film of the organic compound can be provided by a vacuum evaporation method or a sputtering method, and can be preferably provided by a vacuum evaporation method. In addition, the protonation catalyst can be provided in an island shape on the substrate and the electrode, on the organic compound film, or in the organic compound film by vacuum evaporation or sputtering, preferably sputtering.

具体例としての一つは図1に示すものであり、ガラス等の基板(1)上に櫛形の電極(2、2、2)を交互に配置し、触媒として例えばPd(3)を島状にスパッター蒸着(数Å程度)(E−1030イオンスパッター、株式会社日立製作所製)し、この上よりピリジン・DPP(4)を膜状に真空蒸着(数−数百Å程度)(EG240型、株式会社東京真空製)する素子構造(A)である。ピリジン・DPPは、前記化合物2においてX=Yであり、Xはパラ位に窒素原子を持つピリジン環である。ただし、R=R=R=R=Hである。本例は、常温、1%水素ガス雰囲気下で十分な感度が得られた。 One specific example is shown in FIG. 1, in which comb-shaped electrodes (2, 2 1 , 2 2 ) are alternately arranged on a substrate (1) such as glass, and Pd (3), for example, is used as a catalyst. Sputter deposition (about several Å) in an island shape (E-1030 ion sputtering, manufactured by Hitachi, Ltd.), and pyridine · DPP (4) is vacuum-deposited into a film shape (about several tens to several hundred Å) (EG240 This is an element structure (A) made by Tokyo Vacuum Co., Ltd.). Pyridine · DPP is X = Y in the compound 2, and X is a pyridine ring having a nitrogen atom at the para position. However, R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = H. In this example, sufficient sensitivity was obtained at room temperature and 1% hydrogen gas atmosphere.

なお、図1に示す素子の面積(電極部分)は5mm×10mmであり、電極の幅及び電極の間隔は100μmである。   In addition, the area (electrode part) of the element shown in FIG. 1 is 5 mm × 10 mm, and the electrode width and the electrode interval are 100 μm.

又、第2の例は図2に示すものであり、電極(2、2、2)上にピリジン・DPP(4)を膜状に蒸着し、その表面にPd(3)を島状にスパッターする素子構造(B)である。 A second example is shown in FIG. 2, in which pyridine DPP (4) is deposited in a film shape on the electrodes (2, 2 1 , 2 2 ), and Pd (3) is formed in an island shape on the surface. It is the element structure (B) sputter | spattered to.

更に、第3の例は図3に示すものであり、プロトン化触媒が有機化合物の膜中に分布した素子構造(C)である。尚、電極は特に限定されるものではなく、例えば、Al、ITO(Indium−Tin−Oxide:透明電極)、Au、Ag、Pd、Pt、Pd−Pt合金等が用いられる。かかる電極間の電気抵抗率変化を検知することにより電気抵抗モードの水素ガスセンサーが完成する。この構造を有する水素ガスセンサーは当然のことながら、酸に見られる蒸気状のプロトンガスを検知することも可能であり、同じ素子構造で酸センサーとしても機能する。   Further, a third example is shown in FIG. 3, and is an element structure (C) in which protonation catalysts are distributed in a film of an organic compound. The electrode is not particularly limited, and for example, Al, ITO (Indium-Tin-Oxide: transparent electrode), Au, Ag, Pd, Pt, Pd—Pt alloy, or the like is used. By detecting the change in electrical resistivity between the electrodes, an electrical resistance mode hydrogen gas sensor is completed. As a matter of course, the hydrogen gas sensor having this structure can also detect the vapor-like proton gas found in the acid, and functions as an acid sensor with the same element structure.

勿論、励起光源を組み合わせた光伝導モードや、フォトダイオード、光電子増倍管等を組み合わせた光学吸収帯変化モードの水素ガスセンサーが提供できることは言うまでもない。これらの素子も先と同様に酸センサーとして動作することは言うまでもない。   Of course, it is needless to say that a hydrogen gas sensor in a photoconductive mode in which an excitation light source is combined, or in an optical absorption band change mode in which a photodiode, a photomultiplier tube, or the like is combined can be provided. Needless to say, these elements also operate as acid sensors as before.

さらに第4の例は、図9に示すものである。図9に示す水素ガスセンサーは、所謂、有機FET(電界効果型トランジスタ)の構造を有するセンサーである。FET構造の電極配置を持つ素子の上にプロトン化触媒をスパッターし、さらにこの上に有機化合物層を形成した水素ガスセンサーは更なる感度向上が認められる。図9に示す水素ガスセンサーはnのSi基板(14)をゲートとし、この上に酸化シリコンの絶縁膜(13)を介してソース、ドレイン電極(12)を形成したもので、ソースとドレイン間に上記の二層膜(島状に形成されたプロトン化触媒層及び有機化合物層)(11)が形成されている。ここで、Vg、Id、Vs−dはそれぞれゲート電圧、ドレイン電流、ソース・ドレイン電圧である。このようなFET構造を有するセンサーはゲート電圧の制御により、上述の櫛型電極のみのセンサーに比べてさらに数倍の感度向上が可能である。 A fourth example is shown in FIG. The hydrogen gas sensor shown in FIG. 9 is a sensor having a so-called organic FET (field effect transistor) structure. A further improvement in sensitivity is recognized in a hydrogen gas sensor in which a protonation catalyst is sputtered on an element having an electrode structure of an FET structure and an organic compound layer is further formed thereon. The hydrogen gas sensor shown in FIG. 9 has an n + Si substrate (14) as a gate, and a source and drain electrode (12) formed thereon via a silicon oxide insulating film (13). The two-layer film (protonated catalyst layer and organic compound layer formed in an island shape) (11) is formed therebetween. Here, Vg, Id, and Vs-d are a gate voltage, a drain current, and a source / drain voltage, respectively. A sensor having such an FET structure can improve sensitivity several times more than the above-described sensor having only a comb-shaped electrode by controlling the gate voltage.

さて、図1の例をもって本発明の原理を更に説明すると、水素ガスは最初にピリジン・DPP(4)表面に吸着し、その後ピリジン・DPP(4)内部に拡散する。そして、水素ガスはPd(3)に出会い、そこで解離してプロトンとなる(H→H+H(解離)→2H+2e(プロトン化))。このプロトンがピリジン・DPP(4)のピリジン環の窒素原子にプロトン付加する。このとき放出される電子により、ピリジン・DPP(4)の電気抵抗率は室温で2〜4桁減少する。この抵抗率の減少を電気的に検出して水素ガスセンサーとしたものである。 Now, the principle of the present invention will be further described with reference to the example of FIG. 1. Hydrogen gas is first adsorbed on the surface of pyridine · DPP (4) and then diffuses inside the pyridine · DPP (4). Then, the hydrogen gas encounters Pd (3) and dissociates there to become protons (H 2 → H + H (dissociation) → 2H + + 2e (protonation)). This proton is protonated to the nitrogen atom of the pyridine ring of pyridine.DPP (4). Due to the electrons emitted at this time, the electrical resistivity of pyridine.DPP (4) decreases by 2 to 4 orders of magnitude at room temperature. This decrease in resistivity is electrically detected to provide a hydrogen gas sensor.

図4は図1に示す素子の一例における100%H雰囲気下の抵抗率の変化を示すものであり、電極はITO、ピリジン・DPPの厚さは500Å、触媒にPdを用いた。又、図5は同様の実験であるが触媒にPtを用いた結果である。図中、a(黒丸印)はプロトン付加前、b(白印)はプロトン付加後の夫々の結果を示す。 FIG. 4 shows the change in resistivity under the 100% H 2 atmosphere in the example of the element shown in FIG. 1. The electrode was ITO, the thickness of pyridine / DPP was 500 mm, and Pd was used as the catalyst. FIG. 5 shows the result of using Pt as a catalyst in the same experiment. In the figure, a (black circle) indicates the result before proton addition, and b (white mark) indicates the result after proton addition.

尚、ピリジン・DPPのピリジン環の窒素原子がプロトン付加されると上述のように電気抵抗値が減少するばかりでなく、光伝導性も出現する。又、ピリジン・DPPの可視部の540nm近傍の光学吸収帯は580nmへとシフトし、その色調は赤から紫へと変化する。従って、水素ガスセンサーとしての検出方法としては電気抵抗率の変化(電気抵抗モード)、光伝導性の出現(光伝導モード)あるいは光学吸収帯の長波長化(540nm→580nm)(変色モード)の何れかを検出機能とするものである。   When the nitrogen atom of the pyridine ring of pyridine / DPP is protonated, not only the electric resistance value is reduced as described above, but also photoconductivity appears. The optical absorption band near 540 nm in the visible part of pyridine / DPP shifts to 580 nm, and the color tone changes from red to purple. Therefore, as a detection method as a hydrogen gas sensor, a change in electrical resistivity (electric resistance mode), the appearance of photoconductivity (photoconduction mode), or a longer wavelength of the optical absorption band (540 nm → 580 nm) (color change mode). Either one is used as a detection function.

図6はピリジン・DPP蒸着膜(厚さ1200Å)のHNO蒸気によるプロトン付加前後の吸収スペクトルであり、図7は光伝導スペクトルである。 FIG. 6 is an absorption spectrum before and after proton addition by HNO 3 vapor of a pyridine / DPP vapor deposition film (thickness: 1200 mm), and FIG. 7 is a photoconduction spectrum.

図10は図1の素子の他の例における100%H濃度下の電気抵抗率の変化を示すものであり、電極はITO、ピリジン・DPPの厚さは500Å、触媒にPdを用いた。ピリジン・DPPは、前記化合物2においてX=Yであり、Xはパラ位に窒素原子を持つピリジン環である。ただし、R=R=R=R=Hである。この例ではピリジン・DPPは昇華精製したものを用いている。 FIG. 10 shows the change in electrical resistivity under 100% H 2 concentration in another example of the device of FIG. 1, wherein the electrode is ITO, the thickness of pyridine · DPP is 500 mm, and Pd is used as the catalyst. Pyridine · DPP is X = Y in the compound 2 and X is a pyridine ring having a nitrogen atom at the para position. However, R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = H. In this example, sublimation-purified pyridine / DPP is used.

図11はピリジン・DPP蒸着膜(厚さ1200Å)のHNO蒸気によるプロトン付加に伴う電気抵抗率の変化を示すものである。 FIG. 11 shows changes in electrical resistivity accompanying proton addition by HNO 3 vapor in a pyridine / DPP vapor deposition film (thickness: 1200 mm).

図12は図1に示す素子の他の例における電気抵抗率の変化の水素ガス濃度依存性を示すものであり、電極はITO、ピリジン・DPPの厚さは500Å、触媒にPdを用いた。   FIG. 12 shows the hydrogen gas concentration dependence of the change in electrical resistivity in another example of the element shown in FIG. 1. The electrode was ITO, the thickness of pyridine / DPP was 500 mm, and Pd was used as the catalyst.

図13は図1に示す素子の他の例における時間応答特性を示すものであり、電極はITO、ピリジン・DPPの厚さは500Å、触媒にPdを用いた。   FIG. 13 shows the time response characteristics of another example of the element shown in FIG. 1. The electrode was ITO, the pyridine / DPP thickness was 500 mm, and the catalyst was Pd.

図14は図1の素子構造を持つ他の例であり、有機化合物としてピリジン・DPPに換え、ピリジン・ペリレンを用いた素子の電気抵抗率の変化を示す例である。ピリジン・ペリレンは、前記化合物9−1においてX=Yであり、Xはパラ位に窒素原子を持つピリジン環である。ただし、R=R=R=R=Hである。電極はITO、ピリジン・ペリレンの厚さは500Å、触媒にPdを用いた。図中、a(黒丸印)はプロトン付加前、b(白印)はプロトン付加後の夫々の結果を示す。ピリジン・ペリレンの電気抵抗率は、水素ガスの有無により約20000倍以上変化している。ピリジン・ペリレンを用いた素子は、ピリジン・DPPと同様、触媒にPtを用いても同じ反応を示す。 FIG. 14 is another example having the element structure of FIG. 1, and shows an example of a change in electrical resistivity of an element using pyridine / perylene instead of pyridine / DPP as an organic compound. Pyridine / perylene is X = Y in the compound 9-1, and X is a pyridine ring having a nitrogen atom at the para position. However, R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = H. The electrode was ITO, the thickness of pyridine / perylene was 500 mm, and Pd was used as the catalyst. In the figure, a (black circle) indicates the result before proton addition, and b (white mark) indicates the result after proton addition. The electrical resistivity of pyridine / perylene varies by about 20,000 times or more depending on the presence or absence of hydrogen gas. An element using pyridine / perylene shows the same reaction even when Pt is used as a catalyst, like pyridine / DPP.

また、上述の種々の有機化合物を用いた場合にも、ピリジン・DPP及びピリジン・ペリレンの場合と同様に、水素ガスの有無により大幅な電気抵抗率の変化が確認できる。   In addition, when the above-mentioned various organic compounds are used, as in the case of pyridine / DPP and pyridine / perylene, a significant change in electrical resistivity can be confirmed depending on the presence or absence of hydrogen gas.

尚、センサーの感度を上げる目的で、ピリジン・DPPの上面又は下面、あるいはピリジン・DPPの上下面にフタロシアニン類等の有機顔料薄膜を感度促進剤として設けることもできる。又、ピリンジン・DPPとフタロシアニン類の共蒸着することも可能である。ピリジン・DPPとフタロシアニン類との比率は膜厚比で約10:1位であり、共蒸着の場合の重量比は約10:1位程度である。   For the purpose of increasing the sensitivity of the sensor, an organic pigment thin film such as phthalocyanines can be provided as a sensitivity promoter on the upper or lower surface of pyridine / DPP or on the upper and lower surfaces of pyridine / DPP. It is also possible to co-evaporate pyringin / DPP and phthalocyanines. The ratio of pyridine DPP and phthalocyanines is about 10: 1 in terms of film thickness, and the weight ratio in the case of co-deposition is about 10: 1.

以上、本発明を窒素原子を含む複素環を導入した有機化合物としてピリジン・DPPを用いた水素ガスを検知するセンサーを中心に説明したが、上述の通り、窒素原子を含む複素環はピリジンに限定されるものではなく、上述のトリアジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン等を用いることが可能である。また、検知するガスも水素ガスに限定されるものではなく、硝酸ガス、塩化水素ガス、弗化水素ガス等の解離してプロトンを生じるであればいずれのガスであっても、本発明のセンサーにより検知することが可能である。   As described above, the present invention has been described mainly with respect to a sensor that detects hydrogen gas using pyridine / DPP as an organic compound into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced. However, as described above, a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is limited to pyridine. The above-mentioned triazine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine and the like can be used. Further, the gas to be detected is not limited to hydrogen gas, and any sensor can be used as long as it generates protons by dissociation such as nitric acid gas, hydrogen chloride gas, hydrogen fluoride gas, etc. Can be detected.

本発明は、プロトンに対する感応選択性が良好な水素センサーを安価に提供することができるものであり、近年のように水素ガスをキャリアとして使用する製造工場、水素ガス保管施設や、水素ガスをエネルギー源として用いるいわゆる燃料電池にあって、水素ガスの検知や漏洩事故防止対策に大きな働きをなすセンサーが提供できたものである。また、本発明は、水素センサーに限らず、酸センサーを始めとする広く高感度のプロトン受容型ガスセンサーを安価に提供することができるものであり、硝酸ガス、弗化水素ガス、塩化水素ガス等の有毒ガスの発生の可能性のある製造工場などにおいても、種々のプロトン供与性ガスの検知や漏洩事故防止対策に大きな働きをなすセンサーが提供できたものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a hydrogen sensor with good sensitivity sensitivity to protons at a low cost, and in recent years, a manufacturing plant that uses hydrogen gas as a carrier, a hydrogen gas storage facility, and hydrogen gas as energy. In a so-called fuel cell used as a power source, a sensor that greatly plays a role in hydrogen gas detection and leakage accident prevention measures could be provided. The present invention is not limited to a hydrogen sensor, and can provide a wide range of highly sensitive proton-accepting gas sensors including an acid sensor at low cost. Nitric acid gas, hydrogen fluoride gas, hydrogen chloride gas Even in manufacturing plants where there is a possibility of generation of toxic gases such as the above, it has been possible to provide a sensor that plays a major role in detecting various proton donating gases and preventing leakage accidents.

(実施例1)
1.電気抵抗モード
図1の構造を持つ素子を水素ガスや硝酸ガス、塩化水素ガス、弗化水素ガス、アンモニアガス等の雰囲気中に入れると電気抵抗が急速に低下する。通常はピリジン・DPPの電気抵抗率は非常に高く絶縁体に近いので、電極間に電圧を印加し、流れる微小電流を検知する。即ち、この微小電流の変化を検出、増幅することによりセンサーとして用いる。本発明による素子は電気抵抗率の変化が1〜4桁以上あるので非常に検出しやすい。但し検出系すなわち入力系が高インピーダンスとなるので回路設計にその対応をすることが望ましい。例えば、検出信号増幅回路の前段に高入力インピーダンスOPアンプを用いたバッファを入れインピーダンス変換を行うなどの処置が有効である。
Example 1
1. Electrical resistance mode When an element having the structure shown in FIG. 1 is placed in an atmosphere of hydrogen gas, nitric acid gas, hydrogen chloride gas, hydrogen fluoride gas, ammonia gas or the like, the electrical resistance rapidly decreases. Normally, since the electrical resistivity of pyridine / DPP is very high and close to an insulator, a voltage is applied between the electrodes to detect a flowing small current. That is, it is used as a sensor by detecting and amplifying the change of this minute current. The element according to the present invention is very easy to detect because the change in electrical resistivity is 1 to 4 digits or more. However, since the detection system, that is, the input system has a high impedance, it is desirable to cope with the circuit design. For example, it is effective to perform impedance conversion by inserting a buffer using a high input impedance OP amplifier in the previous stage of the detection signal amplifier circuit.

具体的な回路としては、図1に示す素子を用いて図8に示す回路としたものであり、対向する電極(2、2)を1つ置きに接続して、一方を電源(5)の陰極に繋ぎ、もう一方を陽極に繋ぐ。この電極と電源の閉回路中に電流を検出する回路(6)を入れ、ピリジン・DPP/Pdの電気抵抗率の変化による電流の変化を検出することになる。 As a specific circuit, the circuit shown in FIG. 8 is formed by using the element shown in FIG. 1, and every other opposing electrode (2 1 , 2 2 ) is connected, and one of them is connected to a power source (5 ) To the cathode and the other to the anode. A circuit (6) for detecting a current is inserted in the closed circuit of the electrode and the power source, and a change in current due to a change in electrical resistivity of pyridine · DPP / Pd is detected.

(実施例2)
2.光伝導モード
電気抵抗モードと素子の構造は同じであるが、異なる点は基板としてガラス板、ならびに電極としてITOを用いた。この素子に可視光を照射すると電気抵抗が大幅に減少(光伝導現象)し、水素ガスを検知することができる。
(Example 2)
2. Photoconductive mode The electrical resistance mode and the structure of the element are the same except that a glass plate is used as the substrate and ITO is used as the electrode. When this element is irradiated with visible light, the electrical resistance is greatly reduced (photoconductive phenomenon), and hydrogen gas can be detected.

(実施例3)
3.吸収帯モード
この光学吸収帯モードでは電極は不要であり、その他の構造は電気抵抗モードならびに光伝導モードと同じである。ピリジン・DPP膜にプロトン付加が起こると540nm吸収バンドは580nmにシフトするので、光学吸収帯の変化を半導体検出器や光電子増倍管で検知し、水素ガスのセンサーに利用するモードである。
(Example 3)
3. Absorption band mode In this optical absorption band mode, no electrode is required, and other structures are the same as those in the electric resistance mode and the photoconductive mode. When proton addition occurs in the pyridine / DPP film, the absorption band of 540 nm shifts to 580 nm. This is a mode in which a change in the optical absorption band is detected by a semiconductor detector or a photomultiplier tube and used for a hydrogen gas sensor.

電気抵抗ならびに光伝導モードは何れの場合も基本的には電気抵抗の変化をセンサーに利用するものである。動作モードとしては直流、交流どちらを用いた検出方法も使用できる。   In either case, the electrical resistance and the photoconductive mode basically use a change in electrical resistance for the sensor. As the operation mode, a detection method using either direct current or alternating current can be used.

本発明はプロトンに対する感応選択性が良好なプロトン受容型ガスセンサー、特に水素ガスセンサーを安価に提供するものであり、その検知手段も多彩であり、電気抵抗モード、光伝導モード、光学吸収帯モードの変化を検知するものであり、水素ガスの検知や漏洩事故防止対策に大きな寄与をするもので、その利用範囲は極めて広範である。また、弗化水素ガス等の酸センサーとしても有効である。   The present invention provides a proton-accepting gas sensor with good sensitivity selectivity to protons, particularly a hydrogen gas sensor at a low cost, and has various detection means, such as an electric resistance mode, a photoconductive mode, and an optical absorption band mode. This is a device that detects changes in gas and makes a great contribution to hydrogen gas detection and leakage accident prevention measures, and its range of use is extremely wide. It is also effective as an acid sensor for hydrogen fluoride gas and the like.

図1は本発明の第1の素子構造を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first element structure of the present invention. 図2は本発明の第2の素子構造を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a second element structure of the present invention. 図3は本発明の第3の素子構造を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a third element structure of the present invention. 図4は図1のピリジン・DPP素子(触媒Pd)における電気抵抗率の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in electrical resistivity in the pyridine / DPP element (catalyst Pd) of FIG. 図5は図1のピリジン・DPP素子(触媒Pt)における電気抵抗率の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change in electrical resistivity in the pyridine / DPP element (catalyst Pt) of FIG. 図6はピリジン・DPPへのプロトン付加前後の吸収スペクトルである。FIG. 6 shows absorption spectra before and after proton addition to pyridine / DPP. 図7はピリジン・DPPへのプロトン付加前後の光伝導スペクトルである。FIG. 7 is a photoconductivity spectrum before and after proton addition to pyridine DPP. 図8は電気抵抗変化を検知する回路の概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of a circuit for detecting a change in electrical resistance. 図9は本発明の第4の素子構造を示す概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a fourth element structure of the present invention. 図10は図1のピリジン・DPP素子(触媒Pd)における電気抵抗率の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a change in electrical resistivity in the pyridine / DPP element (catalyst Pd) of FIG. 図11はピリジン・DPPへのプロトン付加前後の電気抵抗率である。FIG. 11 shows electrical resistivity before and after proton addition to pyridine / DPP. 図12は図1のピリジン・DPP素子(触媒Pd)における電気抵抗率の変化の水素ガス濃度依存性を示す図である。FIG. 12 is a graph showing the dependence of the change in electrical resistivity on the hydrogen gas concentration in the pyridine / DPP element (catalyst Pd) of FIG. 図13は図1のピリジン・DPP素子(触媒Pd)における電気抵抗率の時間応答特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing time response characteristics of electrical resistivity in the pyridine / DPP element (catalyst Pd) of FIG. 図14は図1のピリジン・ペリレン素子(触媒Pd)における電気抵抗率の変化を示す図である。FIG. 14 is a graph showing changes in electrical resistivity in the pyridine / perylene element (catalyst Pd) of FIG.

Claims (2)

窒素原子を含む複素環を導入した有機化合物を含み、前記有機化合物へのプロトン付加に伴い、前記有機化合物の電気抵抗率、光伝導度、又は光学吸収帯が変化し得るプロトン受容型ガスセンサーであって、前記有機化合物が窒素原子を含む複素環を導入した有機顔料であり、前記有機顔料がキナクリドン、インジゴ、フタロシアニン、アントラキノン、インダンスロン、アンスアンスロン、ペリレン、ピラゾロン、ペリノン、イソインドリノン、イソインドリン、ジオキサジン、又はそれぞれの誘導体であることを特徴とするプロトン受容型ガスセンサー。   A proton-accepting gas sensor comprising an organic compound into which a heterocyclic ring containing a nitrogen atom is introduced, wherein the electrical resistivity, photoconductivity, or optical absorption band of the organic compound can be changed with the addition of a proton to the organic compound. The organic compound is an organic pigment introduced with a heterocyclic ring containing a nitrogen atom, and the organic pigment is quinacridone, indigo, phthalocyanine, anthraquinone, indanthrone, anthanthrone, perylene, pyrazolone, perinone, isoindolinone, A proton-accepting gas sensor, which is isoindoline, dioxazine, or a derivative thereof. 窒素原子を含む複素環がピリジン系の複素環である請求項1記載のプロトン受容型ガスセンサー。   The proton-accepting gas sensor according to claim 1, wherein the heterocycle containing a nitrogen atom is a pyridine-based heterocycle.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008222466A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Murata Mfg Co Ltd Method for protonating hydrogen molecule, hydrogen molecule protonation catalyst and hydrogen gas sensor
JP2020046269A (en) * 2018-09-18 2020-03-26 株式会社東芝 Organic material probe and molecule detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008222466A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Murata Mfg Co Ltd Method for protonating hydrogen molecule, hydrogen molecule protonation catalyst and hydrogen gas sensor
JP2020046269A (en) * 2018-09-18 2020-03-26 株式会社東芝 Organic material probe and molecule detector
JP7158969B2 (en) 2018-09-18 2022-10-24 株式会社東芝 Organic probes and molecular detectors

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