JP7150467B2 - Reducing gas detection material and reducing gas detection sensor - Google Patents

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Description

本発明は、還元性ガスの検知材料およびそれを用いた還元性ガス検知センサに関する。 The present invention relates to a reducing gas detection material and a reducing gas detection sensor using the same.

還元性ガスとは、還元作用が強く、還元されやすい化合物と接触するとその化合物を還元する性質を持つ、常温で気体の化合物である。還元性ガスの具体例としては、水素、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、エチレンなどが挙げられる。特に、水素は、燃料電池車や家庭用燃料電池の燃料として利用が始まり、エネルギー源として期待されている。これらの還元性ガスは工業的に広く利用されている一方で、引火性、爆発性を有しており、または人体へ影響を与えるものがある。そのため、安全管理上、還元性ガスが貯蔵されるタンク、ボンベ、パイプ、応用機器などからの外部への漏洩を検知することが求められる。 A reducing gas is a gaseous compound at room temperature that has a strong reducing action and has the property of reducing a compound that is easily reduced when it comes into contact with that compound. Specific examples of reducing gases include hydrogen, formaldehyde, carbon monoxide, and ethylene. In particular, hydrogen has begun to be used as a fuel for fuel cell vehicles and household fuel cells, and is expected as an energy source. While these reducing gases are widely used industrially, some of them are flammable, explosive, or have an effect on the human body. Therefore, in terms of safety management, it is required to detect leakage to the outside from tanks, cylinders, pipes, application equipment, etc. in which reducing gases are stored.

特許文献1には、還元性を持つ水素ガスを検知するセンサとして、水素ガスとの反応により色が変化する光学的センサが記載されている。具体的には、水素と反応する反応層には酸化パラジウムを用い、その上層に触媒金属層としてパラジウム、白金、金などが堆積されたセンサが開示されている。 Patent Literature 1 describes an optical sensor that changes color upon reaction with hydrogen gas as a sensor for detecting reducing hydrogen gas. Specifically, a sensor is disclosed in which palladium oxide is used for the reaction layer that reacts with hydrogen, and palladium, platinum, gold, or the like is deposited thereon as a catalyst metal layer.

非特許文献1には、反応部位に酸化パラジウムの薄膜を用いた水素ガス検知センサが記載されている。非特許文献1では、酸化パラジウムと水素ガスとの不可逆的な還元反応による酸化パラジウム膜の抵抗(電気伝導度)の変化に伴って生ずる抵抗(電気伝導度)の変化を検出することにより、還元性ガス検知センサとして用いている。 Non-Patent Document 1 describes a hydrogen gas detection sensor using a thin film of palladium oxide as a reaction site. In Non-Patent Document 1, reduction is performed by detecting a change in resistance (electrical conductivity) caused by a change in resistance (electrical conductivity) of a palladium oxide film due to an irreversible reduction reaction between palladium oxide and hydrogen gas. It is used as a gas detection sensor.

特開2007-225299号公報JP 2007-225299 A

Nanotechnology,21,165503(5pp),2010Nanotechnology, 21, 165503 (5pp), 2010

大気中の還元性ガスを検知するためには、還元性ガスを、高感度且つ正確に検知するセンサが必要である。 In order to detect the reducing gas in the atmosphere, a sensor that detects the reducing gas with high sensitivity and accuracy is required.

しかし、特許文献1のセンサは、利用者が呈色材料の変色の度合いを目視で判定することになるため、不確定要素が含まれる。色変化を光学的に検出する方法もあるが、その場合、センサが大型化する恐れがある。また、変色を利用するため、利用者が視認できる場所に配置しなければならないなどの問題がある。 However, the sensor of Patent Literature 1 includes uncertainties because the user visually determines the degree of discoloration of the coloring material. There is also a method of optically detecting color change, but in that case, there is a risk that the size of the sensor will increase. In addition, since the color change is used, there is a problem that it must be placed in a place where the user can visually recognize it.

また、非特許文献1に記載されているような、反応層の電気特性の変化を利用する還元性ガスセンサでは、感度はセンサの消費電力を決める重要なパラメータの1つとなる。一般に、センサの感度が大きいと、反応部位が還元性ガスと接触することにより生じる電気伝導度の変化が大きくなるため、還元性ガスと反応する前の反応部位の電気伝導度を小さく設計することができる。このような設計により、還元性ガスを検知していない通常状態でのセンサの消費電力を小さくすることが可能になる。 In a reducing gas sensor that utilizes changes in electrical properties of a reaction layer, as described in Non-Patent Document 1, sensitivity is one of the important parameters that determine the power consumption of the sensor. In general, when the sensitivity of the sensor is high, the change in electrical conductivity caused by the contact of the reaction site with the reducing gas is large. can be done. Such a design makes it possible to reduce the power consumption of the sensor in a normal state in which no reducing gas is detected.

非特許文献1には、式(1)で求めた水素ガス検知センサの感度Sが45程度であることが記載されており、非特許文献1に記載のセンサの感度は十分とは言えない。
S=(G-G)/ G (1)
(G:水素存在下の電気伝導度、G:水素非存在下の電気伝導度)
Non-Patent Document 1 describes that the sensitivity S of the hydrogen gas detection sensor obtained by the formula (1) is about 45, and the sensitivity of the sensor described in Non-Patent Document 1 cannot be said to be sufficient.
S=(G H −G N )/G N (1)
( GH : electrical conductivity in the presence of hydrogen, GN : electrical conductivity in the absence of hydrogen)

上記の課題に鑑み、本発明は、還元性ガスと反応性を有する還元性ガス検知材料、該還元性ガス検知材料を用いた還元性ガスの検知方法、および従来よりも向上した感度を有し、消費電力を低減した還元性ガス検知センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a reducing gas detecting material reactive with reducing gas, a method for detecting reducing gas using the reducing gas detecting material, and a method for detecting reducing gas having improved sensitivity compared to conventional methods. An object of the present invention is to provide a reducing gas detection sensor with reduced power consumption.

上記の目的は本発明によって達成される。即ち、本発明の一態様は、パラジウム化合物および炭素化合物を含み、還元性ガスと反応性を有することを特徴とする、還元性ガス検知材料である。 The above objective is accomplished by the present invention. That is, one aspect of the present invention is a reducing gas detection material that contains a palladium compound and a carbon compound and is reactive with a reducing gas.

また、本発明の別の態様は、上記還元性ガス検知材料と、前記還元性ガス検知材料の導電率を測定する手段を含むことを特徴とする、還元性ガス検知センサである。
さらに、本発明の別の態様は、上記還元性ガス検知センサを搭載した移動体である。
Another aspect of the present invention is a reducing gas detection sensor comprising the reducing gas detection material and means for measuring the electrical conductivity of the reducing gas detection material.
Furthermore, another aspect of the present invention is a moving object equipped with the reducing gas detection sensor.

またさらに、本発明の別の態様は、パラジウム化合物と炭素化合物との混合物を加熱処理する工程を有する、還元性ガス検知材料の製造方法である。 Yet another aspect of the present invention is a method for producing a reducing gas sensing material, comprising the step of heat-treating a mixture of a palladium compound and a carbon compound.

また、本発明の別の態様は、還元性ガスとの反応による上記還元性ガス検知材料の電気伝導度の変化を検知することを特徴とする、還元性ガスの検知方法である。 Another aspect of the present invention is a method for detecting a reducing gas, characterized by detecting a change in electrical conductivity of the reducing gas detection material due to a reaction with the reducing gas.

上記のように、本発明によれば、還元性ガスを検知するセンサにおいて用いられることにより、感度を従来よりも向上し、消費電力を低減することができる、還元性ガス検知材料を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a reducing gas detection material that can be used in a sensor that detects a reducing gas, thereby improving sensitivity and reducing power consumption compared to conventional materials. can be done.

還元性ガス検知センサの第1の実施形態の構成を説明する模式図である。1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a first embodiment of a reducing gas detection sensor; FIG. 還元性ガス検知センサの第2の実施形態の構成を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of a second embodiment of a reducing gas detection sensor; 還元性ガス検知センサを搭載した燃料電池車の構成を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of a fuel cell vehicle equipped with a reducing gas detection sensor;

以下に、本発明を実施するための形態および実施例を説明する。なお、本発明は、下記の実施形態および実施例に限定されるものでなく、発明の範囲内で変更が可能である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form and Example for implementing this invention are demonstrated. The present invention is not limited to the following embodiments and examples, and modifications can be made within the scope of the invention.

<還元性ガス検知材料>
本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料は、パラジウム化合物および炭素化合物を含み、還元性ガスと反応性を有することを特徴とする。
<Reducing gas detection material>
A reducing gas detection material according to an embodiment of the present invention is characterized by containing a palladium compound and a carbon compound and having reactivity with a reducing gas.

本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料の、パラジウム化合物と還元性ガスとの反応の例を式(a)および式(b)に示す。式(a)ではパラジウム化合物として酸化パラジウム、還元性ガスとして水素を用いた例を示している。式(b)ではパラジウム化合物として酸化パラジウム、還元性ガスとしてエチレンを用いた例を示している。還元性ガスである水素やエチレンと酸化パラジウムが反応することにより、二価のパラジウム原子(Pd(II))が還元され、0価のパラジウム原子(Pd(0))が生成する。
Pd(II)O+H → Pd(0)+H2O (a)

Figure 0007150467000001
Formulas (a) and (b) show examples of the reaction between the palladium compound and the reducing gas in the reducing gas detecting material according to the embodiment of the present invention. Formula (a) shows an example in which palladium oxide is used as the palladium compound and hydrogen is used as the reducing gas. Formula (b) shows an example in which palladium oxide is used as the palladium compound and ethylene is used as the reducing gas. Hydrogen or ethylene, which is a reducing gas, reacts with palladium oxide to reduce a divalent palladium atom (Pd(II)) and generate a zerovalent palladium atom (Pd(0)).
Pd( II )O+H2→Pd(0)+ H2O (a)
Figure 0007150467000001

パラジウム化合物が還元性ガスと反応することにより、パラジウム原子が還元され、価数が2価から0価に変化する。パラジウム原子の還元により、還元性ガス検知材料が黄土色から黒へと変色するとともに、パラジウム化合物の導電性が変化することにより、還元性ガス検知材料の電気伝導度に大きな変化が生じる。本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料が検知することのできる還元性ガスとしては、水素やエチレンに限られず、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、亜酸化窒素なども検知することが可能である。 When the palladium compound reacts with the reducing gas, the palladium atoms are reduced and the valence changes from divalent to zero. The reduction of the palladium atoms changes the color of the reducing gas sensing material from ocher to black, and the change in electrical conductivity of the palladium compound causes a large change in the electrical conductivity of the reducing gas sensing material. The reducing gas that can be detected by the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention is not limited to hydrogen and ethylene, and can also detect formaldehyde, carbon monoxide, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, nitrous oxide, and the like. It is possible.

Japan Journal of Applied Physics, vol.6, page779(1967)には、酸化パラジウム膜の電気伝導度が約1Ω-1cm-1(室温)であることが記載されている。還元性ガス検知センサは、二価のパラジウム原子が0価のパラジウム原子に変化することによる導電性の変化を検出するものである。本発明者らは、鋭意検討の結果、パラジウム化合物に炭素化合物を混在させることで、パラジウム化合物と還元性ガスの反応性や、還元性ガス検知材料の感度を低下させることなく、還元性ガス暴露前における還元性ガス検知材料の電気伝導度を小さくできることを見出した。 Japan Journal of Applied Physics, vol. 6, page 779 (1967) describes that the electrical conductivity of a palladium oxide film is about 1 Ω −1 cm −1 (at room temperature). A reducing gas detection sensor detects a change in conductivity due to a change of a divalent palladium atom to a zerovalent palladium atom. As a result of intensive studies, the present inventors have found that by mixing a carbon compound with a palladium compound, the reactivity of the palladium compound and the reducing gas and the sensitivity of the reducing gas detection material can be reduced without reducing exposure to the reducing gas. We have found that the electrical conductivity of the reducing gas sensing materials in the previous can be reduced.

本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料に用いることのできるパラジウム化合物は、2価のパラジウム原子(Pd(II))を含む無機塩、酸化物、硫化物、ハロゲン化合物などがあげられる。具体的な例としては酸化パラジウム、硫化パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウム、硫酸パラジウム、水酸化パラジウムなどがあげられる。 Examples of palladium compounds that can be used in the reducing gas sensing material according to the embodiment of the present invention include inorganic salts, oxides, sulfides, and halogen compounds containing a divalent palladium atom (Pd(II)). Specific examples include palladium oxide, palladium sulfide, palladium chloride, palladium bromide, palladium sulfate, and palladium hydroxide.

また、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料に用いることのできる炭素化合物は、カルボン酸やアルコール由来の化合物である。これらカルボン酸やアルコールをパラジウム化合物と混合し加熱することで、カルボン酸やアルコール由来の炭素化合物へと変換される。すなわち本発明の実施形態における炭素化合物は、カルボン酸、アルコール、またはこれらの混合物がパラジウム化合物との反応により変換された化合物である。還元性ガス検知材料の炭素化合物は、XPS分析およびIRスペクトル分析からC-C単結合、C-H結合、C=C二重結合、およびOH基を有する一種の化合物または複数種の化合物の混合物である。なお、炭素化合物には、未反応のアルコールが含まれていてもよい。 Carbon compounds that can be used in the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention are compounds derived from carboxylic acids and alcohols. By mixing these carboxylic acids and alcohols with a palladium compound and heating them, they are converted to carbon compounds derived from carboxylic acids and alcohols. That is, carbon compounds in embodiments of the present invention are compounds in which carboxylic acids, alcohols, or mixtures thereof have been converted by reaction with palladium compounds. The carbon compound of the reducing gas sensing material is a compound or a mixture of multiple compounds having a C—C single bond, a C—H bond, a C=C double bond, and an OH group from XPS analysis and IR spectroscopy. is. The carbon compound may contain unreacted alcohol.

上記カルボン酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、シクロヘキシル酢酸、安息香酸、フェニル酢酸などのモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸などのジカルボン酸などをあげることができる。 Examples of the carboxylic acid include monocarboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, pivalic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, cyclohexylacetic acid, benzoic acid, and phenylacetic acid. , oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid, and dicarboxylic acids such as phthalic acid.

上記アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、s-ブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、フェノール、ベンジルアルコール、フェネチルアルコールなどの1価アルコールや、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、カテコールなどの2価アルコールをあげることができる。 Examples of the alcohol include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol, s-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, phenol, benzyl alcohol, and phenethyl alcohol, ethylene glycol, Dihydric alcohols such as propylene glycol, diethylene glycol and catechol can be mentioned.

また、カルボキシル基と水酸基を有する、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、ヒドロキシ安息香酸などのヒドロキシ酸を用いることもできる。 Hydroxy acids having a carboxyl group and a hydroxyl group, such as lactic acid, malic acid, citric acid, and hydroxybenzoic acid, can also be used.

さらに、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料の原料としては、2価のパラジウム原子のカルボン酸および/またはアルコール錯体を用いてもよい。また、特定の構造を持つパラジウム錯体の塗膜を形成した後、加熱処理を行って錯体をパラジウム化合物と炭素化合物に変化させ、還元性ガス検知材料を製造することもできる。 Furthermore, a carboxylic acid and/or alcohol complex of a divalent palladium atom may be used as a raw material for the reducing gas sensing material according to the embodiment of the present invention. Alternatively, after forming a coating film of a palladium complex having a specific structure, heat treatment is performed to convert the complex into a palladium compound and a carbon compound, thereby producing a reducing gas detection material.

具体的には、一般式(1)に示す酢酸パラジウム類縁体を塗布することで塗膜を形成し、加熱処理を行うことで、パラジウム化合物としての酸化パラジウムと炭素化合物を含む還元性ガス検知材料を製造することができる。一般式(1)に示す酢酸パラジウム類縁体は、単量体、二量体、三量体、多量体のいずれを用いてもよい。

Figure 0007150467000002
(一般式(1)において、Rは置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、または置換基を有してもよいアラルキル基を表す。)
としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ペンチル基、オクチル基、フェニル基、トリル基、ベンジル基、フェネチル基などをあげることができる。 Specifically, a reducing gas detection material containing palladium oxide as a palladium compound and a carbon compound is formed by applying a palladium acetate analogue represented by the general formula (1) to form a coating film, followed by heat treatment. can be manufactured. The palladium acetate analogue represented by the general formula (1) may be a monomer, dimer, trimer or multimer.
Figure 0007150467000002
(In general formula (1), R 1 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted aryl group, or an optionally substituted aralkyl group.)
Examples of R 1 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, pentyl group, octyl group, phenyl group, Tolyl group, benzyl group, phenethyl group and the like can be mentioned.

本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料において、パラジウム化合物に含まれるパラジウム原子の原子数Pと炭素化合物に含まれる炭素原子の原子数Cとの和に対する、炭素原子の原子数の比率R(=C/(P+C))を0.50以上0.95以下とすることで、還元性ガス暴露前の還元性ガス検知材料の電気伝導度が著しく小さくなる。 In the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention, the ratio R of the number of carbon atoms to the sum of the number P of atoms of palladium atoms contained in the palladium compound and the number of atoms C of carbon atoms contained in the carbon compound By setting (=C/(P+C)) to 0.50 or more and 0.95 or less, the electrical conductivity of the reducing gas detecting material before exposure to the reducing gas is significantly decreased.

具体的には、炭素原子の原子数の比率Rが上記範囲にあるとき、還元性ガス検知材料の電気伝導度が、室温で1×10―8~1×10―11Ω-1cm-1となる。これは、Japan Journal of Applied Physics, vol.6, page779(1967)に記載の酸化パラジウム膜の電気伝導度(1Ω-1cm-1)に対して7桁~10桁小さい。この著しく小さい電気伝導度は、炭素化合物がパラジウム化合物の導電性を阻害しているためと考えられる。一方、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料が還元性ガスに曝露され、パラジウム化合物中の2価のパラジウム原子が0価のパラジウムに還元されると、還元性ガス検知材料の電気伝導度は非常に大きくなる。このように、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料は、従来の酸化パラジウム膜に比べて、還元性ガスへの曝露前後における電気伝導度の差が極めて大きくなるため、還元性ガス検知センサに用いられた際には、感度の高いセンサを提供することができる。 Specifically, when the ratio R of the number of carbon atoms is within the above range, the electrical conductivity of the reducing gas sensing material is 1×10 −8 to 1×10 −11 Ω −1 cm −1 at room temperature. becomes. This is 7 to 10 orders of magnitude smaller than the electrical conductivity (1Ω −1 cm −1 ) of a palladium oxide film described in Japan Journal of Applied Physics, vol.6, page 779 (1967). This extremely low electrical conductivity is considered to be due to the carbon compound inhibiting the electrical conductivity of the palladium compound. On the other hand, when the reducing gas sensing material according to the embodiment of the present invention is exposed to the reducing gas and the divalent palladium atoms in the palladium compound are reduced to zero valent palladium, the electrical conductivity of the reducing gas sensing material degree becomes very large. As described above, the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention has an extremely large difference in electrical conductivity before and after exposure to a reducing gas as compared with a conventional palladium oxide film. When used in a sensor, it can provide a highly sensitive sensor.

還元性ガス暴露前の還元性ガス検知材料の電気伝導度が小さいと、還元性ガス検知材料の電気電導度を電流値の変化により検出する還元性ガス検知センサにおいて、待機状態での印加する電圧および電流値を低く抑えることができる。結果として、還元性ガス検知センサ稼働中の消費電力を抑制することができ、還元性ガス検知センサの応用範囲が広くなる。例えば、還元性ガス検知センサは一般的な小型の電池により駆動ができるようになる。さらには、還元性ガス検知センサは電池交換することなく長期間使用することが可能になる。そのため、還元性ガスの貯蔵庫のみならず、電気自動車などの移動体においても、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料を用いた還元性ガス検知センサを使用できる。 If the electrical conductivity of the reducing gas detection material before exposure to the reducing gas is small, the voltage applied in the standby state in the reducing gas detection sensor that detects the electrical conductivity of the reducing gas detection material from changes in the current value And the current value can be kept low. As a result, power consumption during operation of the reducing gas detection sensor can be suppressed, and the application range of the reducing gas detection sensor is widened. For example, a reducing gas detection sensor can be driven by a common small battery. Furthermore, the reducing gas detection sensor can be used for a long period of time without battery replacement. Therefore, the reducing gas detection sensor using the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention can be used not only in a reducing gas storage but also in a mobile object such as an electric vehicle.

(還元性ガス検知材料の製造方法)
本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料の製造方法の一例は、二価のパラジウム錯体を加熱処理する工程を有する。また、別の例は、上記パラジウム化合物と上記炭素化合物との混合物を得る工程、または、得た混合物を加熱処理する工程をさらに有する。具体的には、二価のパラジウム錯体の溶液または分散液を、基板上に塗布し、得られた塗膜を加熱処理することにより還元性ガス検知材料とする。または、パラジウム化合物と炭素化合物の溶液または分散液を、基板上に塗布し、得られた塗膜を必要に応じて加熱処理することにより還元性ガス検知材料とする。
(Method for producing reducing gas detection material)
An example of a method for producing a reducing gas sensing material according to an embodiment of the present invention has a step of heat-treating a divalent palladium complex. Another example further includes the step of obtaining a mixture of the palladium compound and the carbon compound, or heat-treating the obtained mixture. Specifically, a solution or dispersion of a divalent palladium complex is applied onto a substrate, and the resulting coating film is heat-treated to obtain a reducing gas detection material. Alternatively, a solution or dispersion of a palladium compound and a carbon compound is applied onto a substrate, and the resulting coating film is heat-treated as necessary to obtain a reducing gas detection material.

パラジウム化合物と炭素化合物の溶液または分散液に用いることのできる溶媒としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、クロロホルム、ジメチルホルムアミドなどがあげられる。 Ethyl acetate, butyl acetate, toluene, chloroform, dimethylformamide and the like are examples of solvents that can be used for the solution or dispersion of the palladium compound and the carbon compound.

パラジウム化合物と炭素化合物の溶液または分散液の塗布方法としては、スピンコート、ディッピング、キャスト、バーコートなどの方法があげられる。中でも、スピンコートにより塗布する場合には、スピンコートの回転数を調整することにより、還元性ガス検知材料の厚さを調節することができ、好ましい。 Methods for applying the solution or dispersion of the palladium compound and the carbon compound include spin coating, dipping, casting, bar coating, and the like. In particular, when applying by spin coating, the thickness of the reducing gas detecting material can be adjusted by adjusting the rotation speed of spin coating, which is preferable.

上記加熱処理は、60℃以上120℃以下で行うことが好ましい。この範囲で塗膜を加熱することにより、パラジウムと炭素化合物の反応により好適な炭素化合物が生じる。なお、パラジウムと炭素化合物の反応により、還元性ガス検知材料中の炭素原子の原子数Cは、パラジウム化合物と炭素化合物の溶液または分散液中の炭素原子の原子数Cよりも少なくなる。したがって、還元性ガス検知材料に含まれるパラジウム原子の原子数Pと炭素原子の原子数Cとの和に対する、炭素原子の原子数の比率Rが0.50以上0.95以下となるように、パラジウム化合物および炭素化合物を用いることが好ましい。還元性ガス検知材料中のパラジウム原子の原子数および炭素原子の原子数の比率を測定するためには、例えばX線光電子分光装置などを用いることができる。 The heat treatment is preferably performed at 60° C. or higher and 120° C. or lower. By heating the coating film in this range, the reaction between palladium and the carbon compound produces a suitable carbon compound. Due to the reaction between the palladium and the carbon compound, the number C of carbon atoms in the reducing gas detecting material becomes smaller than the number C of carbon atoms in the solution or dispersion of the palladium compound and the carbon compound. Therefore, so that the ratio R of the number of carbon atoms to the sum of the number P of palladium atoms and the number C of carbon atoms contained in the reducing gas detection material is 0.50 or more and 0.95 or less, Palladium compounds and carbon compounds are preferably used. In order to measure the ratio of the number of palladium atoms and the number of carbon atoms in the reducing gas detection material, for example, an X-ray photoelectron spectrometer or the like can be used.

また、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料の形状はいかなる形状であっても問題はないが、膜形状であると還元性ガスとの接触面積が大きくなるために好ましい。本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料が膜形状を有する場合、膜厚は5nm以上1000nm以下が好ましく、より好ましくは10nm以上500nm以下である。 The reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention may have any shape, but a film shape is preferable because the contact area with the reducing gas is increased. When the reducing gas sensing material according to the embodiment of the present invention has a film shape, the film thickness is preferably 5 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 10 nm or more and 500 nm or less.

(還元性ガス検知材料を用いた還元性ガスの検知方法)
本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料は、パラジウム化合物が還元性ガスと反応することにより、パラジウム原子が還元され、価数が2価から0価に変化する際の、還元性ガス検知材料の変化から還元性ガスを検知する。具体的には、パラジウム化合物が還元性ガスと反応すると還元性ガス検知材料が黄土色から黒へと変色するとともに、還元性ガス検知材料の電気伝導度に大きな変化が生じる。したがって、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料を用いた還元性ガスの検知方法は、還元性ガス検知センサの色の変化および/または導電性の変化を利用することができる。特に、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知材料は、上記のとおり、還元性ガスを検知した際に、その導電性が大きく変化することから、還元性ガスの検知方法としては、導電性の変化を利用したものが好ましい。還元性ガス検知材料の導電率を測定する手段としては、還元性ガス検知材料と電気的に接触している一対の電極により、電極間の電気伝導度の変化により還元性ガス検知材料の導電率を測定する接触型の導電率測定方法や、マイクロ波を用いて、還元性ガス検知材料の導電率を測定する非接触型の導電率測定方法などを用いることができる。
(Method for detecting reducing gas using reducing gas detecting material)
A reducing gas detection material according to an embodiment of the present invention detects a reducing gas when a palladium compound reacts with a reducing gas to reduce palladium atoms and change the valence from divalent to zero. Detect reducing gases from changes in materials. Specifically, when the palladium compound reacts with the reducing gas, the reducing gas detecting material changes color from ocher to black, and the electric conductivity of the reducing gas detecting material greatly changes. Accordingly, a method of detecting reducing gas using a reducing gas sensing material according to embodiments of the present invention may utilize color change and/or conductivity change of a reducing gas detection sensor. In particular, in the reducing gas detection material according to the embodiment of the present invention, as described above, the conductivity changes greatly when the reducing gas is detected. It is preferable to use the change of As a means for measuring the conductivity of the reducing gas sensing material, a pair of electrodes in electrical contact with the reducing gas sensing material is used to measure the electrical conductivity of the reducing gas sensing material based on the change in electrical conductivity between the electrodes. It is possible to use a contact-type conductivity measurement method for measuring , or a non-contact-type conductivity measurement method for measuring the conductivity of a reducing gas detection material using microwaves.

<還元性ガス検知センサ>
本発明の実施形態に係る還元性ガス検知センサは、上記還元性ガス検知材料と、還元性ガス検知材料の導電率を測定する手段を含む。還元性ガス検知材料の導電率を測定する手段としては、還元性ガス検知材料と電気的に接触している一対の電極により、電極間の電気伝導度の変化により還元性ガス検知材料の導電率を測定する接触型の導電率測定手段や、マイクロ波を用いて、還元性ガス検知材料の導電率を測定する非接触型の導電率測定手段などを用いることができる。
以下に、接触型の導電率測定手段を用いた還元性ガス検知センサの実施形態を説明する。
<Reducing gas detection sensor>
A reducing gas detection sensor according to an embodiment of the present invention includes the reducing gas detection material described above and means for measuring the electrical conductivity of the reducing gas detection material. As a means for measuring the conductivity of the reducing gas sensing material, a pair of electrodes in electrical contact with the reducing gas sensing material is used to measure the electrical conductivity of the reducing gas sensing material based on the change in electrical conductivity between the electrodes. It is possible to use a contact-type conductivity measuring means for measuring the , or a non-contact-type conductivity measuring means for measuring the conductivity of the reducing gas detection material using microwaves.
An embodiment of a reducing gas detection sensor using contact conductivity measuring means will be described below.

(第1の実施形態)
本実施形態では、上記還元性ガス検知材料を用いる還元性ガス検知センサ100(以下、「センサ100」とも称す。)について、図1を参照して説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, a reducing gas detection sensor 100 (hereinafter also referred to as "sensor 100") using the above reducing gas detection material will be described with reference to FIG.

図1(a)は、本実施形態のセンサ100の上面模式図である。センサ100は、基板10、一対の電極11、還元性ガス検知材料12、電源13、および測定部(検出回路)14を有する。 FIG. 1A is a schematic top view of the sensor 100 of this embodiment. The sensor 100 has a substrate 10 , a pair of electrodes 11 , a reducing gas sensing material 12 , a power source 13 and a measurement section (detection circuit) 14 .

基板10の材料としては、ガラス、石英またはシリコンなどの絶縁体を用いることができる。
一対の電極11は、基板10の表面に、互いに対向して配置されている。一対の電極11の材料としては、金属、金属酸化物、有機導電体などの導体を用いることができる。具体的には、金(Au)、アルミニウム(Al)などの金属、ITOなどの金属酸化物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、PEDOT/PSSなどの有機導電体があげられる。
As a material for the substrate 10, an insulator such as glass, quartz, or silicon can be used.
A pair of electrodes 11 are arranged on the surface of the substrate 10 so as to face each other. Conductors such as metals, metal oxides, and organic conductors can be used as materials for the pair of electrodes 11 . Specific examples include metals such as gold (Au) and aluminum (Al), metal oxides such as ITO, and organic conductors such as polyacetylene, polyparaphenylene, polythiophene, and PEDOT/PSS.

一対の電極11の形状は、検知対象とする還元性ガスの種類または必要な感度などに応じて、適宜設計できる。例えば、図1(a)には、対向した一対の電極11の対向する部分が直線状である台形の電極を示す。しかし、電極11の形状はこの様な形状に限られず、長方形、正方形といった様々な形状であってよい。また、電極の対抗する部分の形状も直線状に限られず、例えば、図1(b)の電極15のように、櫛歯形状であってもよい。一対の電極15のように、対向する部分が櫛歯形状の電極は、電極15同士が対向している実効的な電極の長さ(電極長)を、対向する部分の形状が直線状の電極11と比較して長くとることが可能であり、電気伝導度の低い物質であっても、電流値を測定することが可能となり、還元性ガス検知センサ100の感度を高めることができる。 The shape of the pair of electrodes 11 can be appropriately designed according to the type of reducing gas to be detected, the required sensitivity, and the like. For example, FIG. 1A shows a trapezoidal electrode in which the opposing portions of a pair of electrodes 11 facing each other are linear. However, the shape of the electrode 11 is not limited to such a shape, and may be various shapes such as a rectangle and a square. Also, the shape of the opposing portions of the electrodes is not limited to a linear shape, and may be, for example, a comb-tooth shape like the electrode 15 in FIG. 1(b). In the case of a pair of electrodes 15 having a comb-shaped facing portion, the effective length (electrode length) of the facing electrodes 15 is defined as an electrode having a linear shape at the facing portion. 11, the current value can be measured even with a substance having low electrical conductivity, and the sensitivity of the reducing gas detection sensor 100 can be increased.

電極11および電極15のそれぞれの電極間隔は、0.05μm以上100μm以下が好ましく、より好ましくは0.05μm以上30μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上10μm以下である。なお、ここで、電極間隔とは、一対の電極同士が対向している部分における電極間での距離のうち最短の距離と定義する。 The distance between the electrodes 11 and 15 is preferably 0.05 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 30 μm or less, and still more preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. Here, the electrode interval is defined as the shortest distance among the distances between the electrodes in the portion where the pair of electrodes are opposed to each other.

還元性ガス検知材料12は、基板10の表面に配置される。還元性ガス検知材料12は、一対の電極11(15)上に、一対の電極11(15)のそれぞれと接するように配置されている。また、還元性ガス検知材料12は、検知対象とする還元性ガスに接することができるように配置されていなければならない。そのため、還元性ガス検知材料12は、電極11(15)を有する基板10の電極11(15)側の表面に、パラジウム化合物と炭素化合物の混合物の溶液または分散液の塗膜を上記の塗布方法により形成し、加熱処理を行うことで形成することができる。図1(c)は、図1(b)のA-A’における断面図である。還元性ガス検知材料12は、対向する一対の電極15を覆うように基板10上に配置されている。そのため、還元性ガス検知材料12は、基板10とは反対側の表面で還元性ガスに接することができる。 A reducing gas sensing material 12 is disposed on the surface of the substrate 10 . The reducing gas sensing material 12 is arranged on the pair of electrodes 11 (15) so as to be in contact with each of the pair of electrodes 11 (15). Further, the reducing gas detection material 12 must be arranged so as to be in contact with the reducing gas to be detected. Therefore, the reducing gas detection material 12 is formed by applying a coating film of a solution or dispersion of a mixture of a palladium compound and a carbon compound to the surface of the substrate 10 having the electrode 11 (15) on the side of the electrode 11 (15) by the coating method described above. can be formed by heat treatment. FIG. 1(c) is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 1(b). The reducing gas sensing material 12 is arranged on the substrate 10 so as to cover the pair of electrodes 15 facing each other. Therefore, the reducing gas sensing material 12 can contact the reducing gas on the surface opposite to the substrate 10 .

一対の電極11(15)のそれぞれには、一対の電極11(15)に電圧を供給する電源13と検出回路14が電気的に接続している。検出回路14は、一対の電極11間の電気伝導度の変化を測定することにより還元性ガス検知材料12の導電率の変化を検出する。また、検出回路14は還元性ガス検知材料12の導電率の変化を測定できればよいため、一対の電極11間の抵抗および一対の電極11間の電気伝導度の少なくとも1つの変化を測定するように構成されていてもよい。 A power supply 13 and a detection circuit 14 are electrically connected to each of the pair of electrodes 11 (15) to supply a voltage to the pair of electrodes 11 (15). The detection circuit 14 detects changes in conductivity of the reducing gas sensing material 12 by measuring changes in conductivity between the pair of electrodes 11 . In addition, since the detection circuit 14 only needs to be able to measure changes in the electrical conductivity of the reducing gas sensing material 12, it is possible to measure at least one change in resistance between the pair of electrodes 11 and electrical conductivity between the pair of electrodes 11. may be configured.

上記のように、還元性ガス検知材料は、還元性ガス暴露前の電気伝導度が抑制されているため、本実施形態の還元性ガス検知センサ100は、低消費電力で感度の高い還元性ガス検知センサとすることが可能になる。 As described above, the electrical conductivity of the reducing gas detection material is suppressed before exposure to the reducing gas. It becomes possible to use it as a detection sensor.

また、従来の水素ガスセンサでは、使用時に加熱ヒータが必要なものもあったが、本実施形態の還元性ガス検知センサ100によれば、還元性ガスの検知を常温で行うことが可能となる。そのため、還元性ガス検知センサ100は、加熱ヒータが不要であるため、構成がシンプルであり、小型化および低コスト化を両立した還元性ガス検知センサとすることができる。 Further, while some conventional hydrogen gas sensors require a heater when used, the reducing gas detection sensor 100 of the present embodiment can detect reducing gas at room temperature. Therefore, since the reducing gas detection sensor 100 does not require a heater, the structure of the reducing gas detection sensor 100 is simple, and the reducing gas detection sensor can be made to achieve both miniaturization and cost reduction.

(第2の実施形態)
本実施形態では、還元性ガス検知センサ200の構成について、図2を参照して説明する。図2は、本実施形態の還元性ガス検知センサ200の構成を説明する断面模式図である。還元性ガス検知センサ200は、基板20、一対の電極21および還元性ガス検知材料22の配置が第1の実施形態と異なる他は、第1の実施形態と構成である。
(Second embodiment)
In this embodiment, the configuration of the reducing gas detection sensor 200 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the reducing gas detection sensor 200 of this embodiment. The reducing gas detection sensor 200 has the same configuration as that of the first embodiment except that the arrangement of the substrate 20, the pair of electrodes 21 and the reducing gas detection material 22 is different from that of the first embodiment.

本実施形態では、還元性ガス検知材料22は、基板20の表面上に、基板20の表面に垂直な方向において、一対の電極21の間に挟まれて配置されている。 In this embodiment, the reducing gas sensing material 22 is arranged on the surface of the substrate 20 so as to be sandwiched between the pair of electrodes 21 in the direction perpendicular to the surface of the substrate 20 .

この構成により、還元性ガス検知センサ200は、感度を従来の還元性ガス検知センサよりも向上することができる。また、消費電力を第1の実施形態における還元性ガス検知センサ100よりも低減することができ、電池のような簡易的な電源で駆動ができる。そのため、還元性ガス検知センサ200の利用には多様な応用が可能になる。 With this configuration, the reducing gas detection sensor 200 can have higher sensitivity than the conventional reducing gas detection sensor. Moreover, the power consumption can be reduced more than the reducing gas detection sensor 100 in the first embodiment, and can be driven with a simple power source such as a battery. Therefore, the reducing gas detection sensor 200 can be used in various applications.

<本発明の実施形態に係る還元性ガス検知センサの利用>
本発明の実施形態に係る還元性ガス検知センサは、還元性ガスの貯蔵施設や、還元性ガスの供給施設で利用することができる。また、上記第1の実施形態または第2の実施形態で説明したように、本発明の実施形態に係る還元性ガス検知センサは、低消費電力で駆動できるため、還元性ガスを利用する燃料電池を用いた移動体に搭載し利用することもできる。このような移動体としては、燃料電池を備える車、バイク、ドローンなどがあげられる。以下に、水素ガスを利用する燃料電池を備える車(以下、「燃料電池車」と称する)300について、図3を参照して説明する。
<Use of the reducing gas detection sensor according to the embodiment of the present invention>
The reducing gas detection sensor according to the embodiment of the present invention can be used in reducing gas storage facilities and reducing gas supply facilities. Further, as described in the first embodiment or the second embodiment, the reducing gas detection sensor according to the embodiment of the present invention can be driven with low power consumption, so that it can be used in a fuel cell using reducing gas. It can also be used by being mounted on a moving object using Examples of such moving bodies include cars, motorcycles, and drones equipped with fuel cells. A vehicle 300 equipped with a fuel cell that utilizes hydrogen gas (hereinafter referred to as a "fuel cell vehicle") will be described below with reference to FIG.

燃料電池車300の構成については、一般的に知られている燃料電池車の構成を採用でき、車室31、還元性ガス検知センサ32および34、水素燃料タンク33、燃料電池35、モータ36を有する。なお、燃料電池車300は還元性ガス検知センサ32および34のいずれか一方のみを有する構成であってもよい。 As for the configuration of the fuel cell vehicle 300, a generally known configuration of a fuel cell vehicle can be adopted, and includes a vehicle interior 31, reducing gas detection sensors 32 and 34, a hydrogen fuel tank 33, a fuel cell 35, and a motor 36. have. Note that the fuel cell vehicle 300 may be configured to have only one of the reducing gas detection sensors 32 and 34 .

水素燃料タンク33および燃料電池35は、それぞれ車室31と区切られた空間に配置されている。燃料電池35は、酸素および水素燃料タンク33から供給された水素ガスを用いて発電する。燃料電池35が発電した電力は、モータ36に伝達され、燃料電池車300を駆動する駆動力として用いられる。 The hydrogen fuel tank 33 and the fuel cell 35 are each arranged in a space separated from the vehicle interior 31 . The fuel cell 35 generates electricity using oxygen and hydrogen gas supplied from the hydrogen fuel tank 33 . Electric power generated by the fuel cell 35 is transmitted to the motor 36 and used as driving force for driving the fuel cell vehicle 300 .

還元性ガス検知センサ32および34は、それぞれ水素ガスを検知するために、水素燃料タンク33および燃料電池35の同じ空間に近接して設けられる。還元性ガス検知センサ32および34としては、それぞれ、上記第1の実施形態および第2の実施形態に記載の還元性ガス検知センサを用いることができる。 Reducing gas detection sensors 32 and 34 are provided close to the same space of hydrogen fuel tank 33 and fuel cell 35 to detect hydrogen gas, respectively. As the reducing gas detection sensors 32 and 34, the reducing gas detection sensors described in the first embodiment and the second embodiment can be used, respectively.

還元性ガス検知センサ32および34は、従来の還元性ガス検知センサよりも低消費電力での水素の検知が可能である。そのため、燃料電池車300において燃料電池35が発電していない状態においても、常に水素ガスの検知を可能とすることができる。これにより、従来は燃料電池35の発電時のみ検知が可能であった水素ガスを、燃料電池35が発電していない時でも検知が可能となる。そのため、より確実に燃料電池車の安全管理をすることが可能となる。 The reducing gas detection sensors 32 and 34 are capable of detecting hydrogen with lower power consumption than conventional reducing gas detection sensors. Therefore, hydrogen gas can always be detected even when the fuel cell 35 in the fuel cell vehicle 300 is not generating power. As a result, hydrogen gas, which was conventionally detectable only when the fuel cell 35 was generating power, can now be detected even when the fuel cell 35 is not generating power. Therefore, it is possible to more reliably manage the safety of the fuel cell vehicle.

以下、本発明について、実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
酢酸パラジウム(アルドリッチ(株)社製)の1重量%の酢酸エチル溶液を調製し、酢酸エチル溶液をガラス製の基板上にパターニングされた櫛歯形状の電極上にスピンコートし、塗膜を形成した。スピンコートの条件は、1000回転/分で30秒間とし、スピンコート後の塗膜の膜厚は50nmであった。電極間の電極間隔は5μm、電極の電極長は80cmとした。成膜後、60℃で2時間アニール処理を行うことで還元性ガス検知材料を作製し、図1(b)に示した還元性ガス検知センサ100の構成を有する還元性ガス検知センサを作製した。
(Example 1)
A 1% by weight ethyl acetate solution of palladium acetate (manufactured by Aldrich Co., Ltd.) is prepared, and the ethyl acetate solution is spin-coated on comb-shaped electrodes patterned on a glass substrate to form a coating film. did. The conditions for spin coating were 1000 rpm for 30 seconds, and the thickness of the coating film after spin coating was 50 nm. The electrode interval between electrodes was 5 μm, and the electrode length of the electrodes was 80 cm. After the film formation, annealing was performed at 60° C. for 2 hours to prepare a reducing gas detection material, and a reducing gas detection sensor having the configuration of the reducing gas detection sensor 100 shown in FIG. 1(b) was prepared. .

(1)還元性ガス検知材料中の成分の同定
上記で作製した還元性ガス検知材料中の成分を同定するために、X線光電子分光(XPS)を行った。測定装置としては、アルバックファイ社製のQunteraSXMを用い、測定条件として、X線源としてAl monoKα、試料角度45°、ビーム 100μmΦ 1.25W 15kVを用いた。上記で作製した還元性ガス検知材料のXPSスペクトルは、アニール処理を行っていないサンプルと比較すると、酢酸パラジウム中に存在するカルボキシル基に対応するピークが消失していた。一方、C-C単結合、C-H結合またはC=C二重結合に由来する炭素1s電子に対応するスペクトル(285.0eV)のピークが存在した。このスペクトルの存在により、還元性ガス検知材料中には、C-C単結合、C-H結合またはC=C二重結合を有する炭素化合物が存在することが確認された。
パラジウム3d電子に対応するスペクトルに着目すると、酸化パラジウムに対応するスペクトル(結合エネルギー=337.4eV)があることにより、酸化パラジウムが存在することが確認された。
また、パラジウム3d電子と炭素1s電子のスペクトル面積強度から算出した、パラジウム原子の原子数と炭素原子の原子数との和に対する炭素原子の原子数の比率Rは78%であった。
(1) Identification of Components in Reducing Gas Detecting Material X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed in order to identify the components in the reducing gas detecting material prepared above. As a measuring apparatus, Quntera SXM manufactured by ULVAC-PHI was used, and as measuring conditions, Al monoKα as an X-ray source, a sample angle of 45°, a beam of 100 µmΦ, 1.25 W, and 15 kV were used. In the XPS spectrum of the reducing gas sensing material prepared above, peaks corresponding to carboxyl groups present in palladium acetate disappeared when compared with a sample not subjected to annealing treatment. On the other hand, there was a peak in the spectrum (285.0 eV) corresponding to carbon 1s electrons derived from C—C single bond, C—H bond or C═C double bond. The presence of this spectrum confirmed the presence of carbon compounds with C--C single bonds, C--H bonds or C=C double bonds in the reducing gas sensing material.
Focusing on the spectrum corresponding to palladium 3d electrons, the presence of palladium oxide was confirmed by the presence of a spectrum corresponding to palladium oxide (binding energy=337.4 eV).
Further, the ratio R of the number of carbon atoms to the sum of the number of palladium atoms and the number of carbon atoms calculated from the spectral area intensity of palladium 3d electrons and carbon 1s electrons was 78%.

(2)電流値の測定
上記で作成した還元性ガス検知センサの一対の電極に0.1Vの電圧を印加しながら1vol%水素ガス/99vol%アルゴンの混合気体(以下、「1%水素混合気体」ともいう。)を還元性ガス検知センサ付近に導入し、電流値を測定した。1%水素混合気体を導入してから200秒後に急激な電流値の変化が始まり、その20秒後に電流値が一定になった。混合気体導入前の電流値が2×10-13Aであり、混合気体導入後の電流値は3×10-3Aであった。これら電流値を用い、式(1)から感度Sを算出したところ、感度Sは1×1010であった。なお、1%水素混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(2) Measurement of current value While applying a voltage of 0.1 V to the pair of electrodes of the reducing gas detection sensor prepared above, a mixed gas of 1 vol% hydrogen gas / 99 vol% argon (hereinafter referred to as "1% hydrogen mixed gas ” was introduced near the reducing gas detection sensor, and the current value was measured. 200 seconds after the introduction of the 1% hydrogen mixed gas, the current value began to change abruptly, and 20 seconds after that, the current value became constant. The current value was 2×10 −13 A before the mixed gas was introduced, and the current value was 3×10 −3 A after the mixed gas was introduced. When the sensitivity S was calculated from the formula (1) using these current values, the sensitivity S was 1×10 10 . It was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black before and after exposure to the 1% hydrogen mixed gas.

(実施例2)
実施例1のアニール処理の温度を85℃に変えた以外は、実施例1と同様に還元性ガス検知センサを作製した。作成した還元性ガス検知センサについて、実施例1と同様に、X線光電子分光および電流値の測定を行い、得られた電流値から還元性ガス検知センサの感度を算出した。結果を表1に示す。なお、1%水素混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(Example 2)
A reducing gas detection sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the annealing treatment in Example 1 was changed to 85°C. As in Example 1, X-ray photoelectron spectroscopy and current value measurement were performed on the produced reducing gas detection sensor, and the sensitivity of the reducing gas detection sensor was calculated from the obtained current value. Table 1 shows the results. It was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black before and after exposure to the 1% hydrogen mixed gas.

(実施例3)
実施例1のアニール処理を100℃で2時間行った以外は、実施例1と同様に還元性ガス検知センサを作製した。実施例1と同様に、X線光電子分光および電流値の測定を行い、得られた電流値から還元性ガス検知センサの感度を算出した。結果を表1に示す。なお、1%水素混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(Example 3)
A reducing gas detection sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that the annealing treatment in Example 1 was performed at 100° C. for 2 hours. X-ray photoelectron spectroscopy and current value measurement were performed in the same manner as in Example 1, and the sensitivity of the reducing gas detection sensor was calculated from the obtained current value. Table 1 shows the results. It was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black before and after exposure to the 1% hydrogen mixed gas.

(実施例4)
実施例1のアニール処理を120℃で2時間行った以外は、実施例1と同様に還元性ガス検知センサを作製した。実施例1と同様に、X線光電子分光および電流値の測定を行い、得られた電流値から還元性ガス検知センサの感度を算出した。結果を表1に示す。なお、1%水素混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(Example 4)
A reducing gas detection sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that the annealing treatment in Example 1 was performed at 120° C. for 2 hours. X-ray photoelectron spectroscopy and current value measurement were performed in the same manner as in Example 1, and the sensitivity of the reducing gas detection sensor was calculated from the obtained current value. Table 1 shows the results. It was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black before and after exposure to the 1% hydrogen mixed gas.

(実施例5)
実施例1で作成した還元性ガス検知センサについて、電流値の測定において、1%水素混合気体を1%vol水素ガス/99vol%アルゴンの混合気体(以下、「1%エチレン混合気体」という。)に変えた以外は同様に電流値を測定した。結果を表1に示す。なお、1%エチレン混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(Example 5)
Regarding the reducing gas detection sensor created in Example 1, in measuring the current value, a 1% hydrogen mixed gas was a mixed gas of 1% vol hydrogen gas/99 vol% argon (hereinafter referred to as "1% ethylene mixed gas"). The current value was measured in the same manner, except that it was changed to Table 1 shows the results. Before and after exposure to the 1% ethylene mixed gas, it was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black.

(実施例6)
実施例2で作成した還元性ガス検知センサについて、電流値の測定において、1%水素混合気体を1%エチレン混合気体に変えた以外は同様に電流値を測定した。結果を表1に示す。なお、1%エチレン混合気体の曝露の前後において、還元性ガス検知センサ中の還元性ガス検知材料の色が、黄土色から黒色へ変化したことが確認された。
(Example 6)
For the reducing gas detection sensor produced in Example 2, the current value was measured in the same manner, except that the 1% hydrogen gas mixture was changed to the 1% ethylene gas mixture. Table 1 shows the results. Before and after exposure to the 1% ethylene mixed gas, it was confirmed that the color of the reducing gas detection material in the reducing gas detection sensor changed from ocher to black.

(比較例)
実施例1のアニール処理の温度を60℃より低い温度に変えた以外は、実施例1と同様に還元性ガス検知センサを作製した。しかし、得られた還元性ガス検知センサの電流値を実施例1と同様に測定したところ、安定したデータを得ることはできなかった。これは、60℃より低い温度でのアニール処理ではパラジウム化合物および炭素化合物の生成が十分ではないためと考えられる。
(Comparative example)
A reducing gas detection sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the annealing treatment in Example 1 was changed to a temperature lower than 60°C. However, when the current value of the obtained reducing gas detection sensor was measured in the same manner as in Example 1, stable data could not be obtained. This is probably because annealing at a temperature lower than 60° C. does not sufficiently generate palladium compounds and carbon compounds.

Figure 0007150467000003
Figure 0007150467000003

実施例1~6の酸化パラジウムと炭素化合物を含む還元性ガス検知材料を持つ還元性ガス検知センサは1×1010程度の感度であり、非特許文献1に記載された感度が45である還元性ガス検知センサと比べ、極めて高い感度を有することが分かった。 The reducing gas detection sensors having the reducing gas detection materials containing palladium oxide and carbon compounds of Examples 1 to 6 have a sensitivity of about 1×10 10 , and the sensitivity described in Non-Patent Document 1 is 45. It was found to have extremely high sensitivity compared to the gas detection sensor.

10 基板
11 電極
12 還元性ガス検知材料
13 電源
14 測定部(検出回路)
15 電極
20 基板
21 電極
22 還元性ガス検知材料
31 車室
32 還元性ガス検知センサ
33 水素燃料タンク
34 還元性ガス検知センサ
35 燃料電池
36 モータ
100 還元性ガス検知センサ
200 還元性ガス検知センサ
300 燃料電池車
10 substrate 11 electrode 12 reducing gas detection material 13 power supply 14 measurement part (detection circuit)
15 Electrode 20 Substrate 21 Electrode 22 Reducing gas detection material 31 Vehicle interior 32 Reducing gas detection sensor 33 Hydrogen fuel tank 34 Reducing gas detection sensor 35 Fuel cell 36 Motor 100 Reducing gas detection sensor 200 Reducing gas detection sensor 300 Fuel battery car

Claims (20)

パラジウム化合物と炭素化合物とを含み構成され、
前記パラジウム化合物に含まれるパラジウム原子の原子数と、前記炭素化合物に含まれる炭素原子の原子数との和に対する、前記炭素原子の原子数の比率が、0.50以上0.95以下であることを特徴とする還元性ガス検知材料。
Consists of a palladium compound and a carbon compound,
The ratio of the number of carbon atoms to the sum of the number of palladium atoms contained in the palladium compound and the number of carbon atoms contained in the carbon compound is 0.50 or more and 0.95 or less. A reducing gas detection material characterized by:
パラジウム化合物と炭素化合物とを含み構成される還元性ガス検知材料であって、A reducing gas sensing material comprising a palladium compound and a carbon compound,
前記還元性ガス検知材料に含まれるパラジウム原子の原子数と、前記還元性ガス検知材料に含まれる炭素原子の原子数との和に対する、前記炭素原子の原子数の比率が、0.50以上0.95以下であることを特徴とする還元性ガス検知材料。The ratio of the number of carbon atoms to the sum of the number of palladium atoms contained in the reducing gas detecting material and the number of carbon atoms contained in the reducing gas detecting material is 0.50 or more. .95 or less.
前記還元性ガス検知材料と還元性ガスとが反応する前の前記還元性ガス検知材料の電気伝導度が、室温で1×10The electrical conductivity of the reducing gas sensing material before the reducing gas sensing material reacts with the reducing gas is 1×10 at room temperature. -8-8 ~1×10~1×10 -11-11 ΩΩ -1-1 cmcm -1-1 であることを特徴とする請求項1または2に記載の還元性ガス検知材料。The reducing gas sensing material according to claim 1 or 2, characterized in that: パラジウム化合物と炭素化合物とを含み構成される還元性ガス検知材料であって、
前記還元性ガス検知材料と還元性ガスとの反応前の電気伝導度が室温で1×10-8~1×10-11Ω-1cm-1であることを特徴とする還元性ガス検知材料。
A reducing gas sensing material comprising a palladium compound and a carbon compound,
A reducing gas detecting material, wherein the electrical conductivity of the reducing gas detecting material before reaction with the reducing gas is 1×10 −8 to 1×10 −11 Ω −1 cm −1 at room temperature. .
前記還元性ガス検知材料が還元性ガスと反応することによって、前記還元性ガス検知材料に含まれるパラジウム原子が還元され、前記還元性ガス検知材料の電気伝導度が増加することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料。The reducing gas detecting material reacts with the reducing gas, thereby reducing palladium atoms contained in the reducing gas detecting material and increasing the electrical conductivity of the reducing gas detecting material. Item 5. The reducing gas sensing material according to any one of Items 1 to 4. 前記還元性ガス検知材料が還元性ガスと反応することによって、前記還元性ガス検知材料の色が変化することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料。6. The reducing gas detecting material according to any one of claims 1 to 5, wherein the reducing gas detecting material reacts with the reducing gas to change the color of the reducing gas detecting material. . 前記還元性ガスが水素ガスであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料。The reducing gas sensing material according to any one of claims 1 to 6, wherein the reducing gas is hydrogen gas. 前記パラジウム化合物が酸化パラジウムであることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料。 The reducing gas sensing material according to any one of claims 1 to 7, wherein the palladium compound is palladium oxide. 前記炭素化合物はC-C単結合、C-H結合、C=C二重結合、およびOH基を有する一種の化合物または複数種の化合物の混合物であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料。 9. The carbon compound of claims 1 to 8 , wherein the carbon compound is a compound or a mixture of a plurality of compounds having a C--C single bond, a C--H bond, a C=C double bond, and an OH group. The reducing gas sensing material according to any one of claims 1 to 3. 請求項1からのいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料と、
前記還元性ガス検知材料が還元性ガスと反応することによって生じる、前記還元性ガス検知材料の導電率の変化を検知する検知手段とを有することを特徴とする還元性ガス検知センサ。
The reducing gas sensing material according to any one of claims 1 to 9 ;
and detection means for detecting a change in the electrical conductivity of the reducing gas detection material caused by the reaction of the reducing gas detection material with the reducing gas.
前記検知手段は、
前記還元性ガス検知材料と電気的に接触している一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を供給する手段と、
前記一対の電極間の電気伝導度の変化を測定することにより前記還元性ガス検知材料の導電率の変化を検出する検出回路と、
を含むことを特徴とする請求項10に記載の還元性ガス検知センサ。
The detection means is
a pair of electrodes in electrical contact with the reducing gas sensing material;
means for supplying a voltage to the pair of electrodes;
a detection circuit for detecting a change in conductivity of the reducing gas sensing material by measuring a change in conductivity between the pair of electrodes;
The reducing gas detection sensor according to claim 10 , comprising:
前記一対の電極同士が対向している部分における電極間の距離のうち最短の距離が0.05μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項11に記載の還元性ガス検知センサ。 12. The reducing gas detection sensor according to claim 11 , wherein the shortest distance between the electrodes in the portion where the pair of electrodes face each other is 0.05 [mu]m or more and 100 [mu]m or less. 前記一対の電極のそれぞれが、櫛歯形状であることを特徴とする請求項11または12に記載の還元性ガス検知センサ。 13. The reducing gas detection sensor according to claim 11 or 12 , wherein each of said pair of electrodes has a comb shape. 前記還元性ガス検知材料は膜形状を有することを特徴とする請求項10から13のいずれか1項に記載の還元性ガス検知センサ。 14. The reducing gas detection sensor according to any one of claims 10 to 13 , wherein the reducing gas detection material has a film shape. 膜形状を有する前記還元性ガス検知材料の膜厚が5nm以上1000nm以下であることを特徴とする請求項14に記載の還元性ガス検知センサ。 15. The reducing gas detection sensor according to claim 14 , wherein the film thickness of the reducing gas detection material having a film shape is 5 nm or more and 1000 nm or less. 常温において前記還元性ガスを検知可能であることを特徴とする請求項10から15のいずれか1項に記載の還元性ガス検知センサ。16. The reducing gas detection sensor according to any one of claims 10 to 15, wherein the reducing gas can be detected at room temperature. 前記還元性ガスが、水素ガスであることを特徴とする、請求項10から16のいずれか1項に記載の還元性ガス検知センサ。 The reducing gas detection sensor according to any one of claims 10 to 16 , wherein the reducing gas is hydrogen gas. 請求項10から17のいずれか1項に記載の還元性ガス検知センサを搭載していることを特徴とする移動体。 A moving body comprising the reducing gas detection sensor according to any one of claims 10 to 17 . 前記移動体に水素燃料タンクおよび燃料電池が設けられ、
前記還元性ガス検知センサが、前記水素燃料タンクおよび前記燃料電池の少なくとも一方の付近に配置されていることを特徴とする、請求項18に記載の移動体。
A hydrogen fuel tank and a fuel cell are provided in the moving object,
19. The moving body according to claim 18 , wherein the reducing gas detection sensor is arranged near at least one of the hydrogen fuel tank and the fuel cell.
還元性ガスとの反応による請求項1からのいずれか1項に記載の還元性ガス検知材料の導電率の変化を検知することを特徴とする、還元性ガスの検知方法。 A method for detecting a reducing gas, which comprises detecting a change in conductivity of the reducing gas detecting material according to any one of claims 1 to 9 due to a reaction with the reducing gas.
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