媒体の種類：学術論文
掲載紙／掲載誌／掲載メディア：ACS Applied Nano Materials
著者：Yusuke Hamanaka, Takahisa Tanaka and Ken Uchida*
ナノ構造白金系センサーにおける脂肪族アルコールに対するセンサー応答のアルキル鎖長と温度依存性
長鎖アルキル鎖アルコールは、化石燃料の有望なバイオ燃料代替品ですが、その検出は困難な課題です。本研究では、アルキル鎖の長さと温度依存性に焦点を当て、ナノスケールの白金（Pt）ベースのセンサーのアルキルアルコールに対する応答を調査しました。普遍的なニューラルネットワークポテンシャルを用いた原子レベルのシミュレーションにより、反応エネルギーと活性化エネルギーを分析しました。二種類のPtベースのセンサーを製作しました：Ptナノシート抵抗センサー（PtNS）とPtナノ粒子装飾グラフェン電界効果トランジスタセンサー（PtNP-GFET）です。PtNP-GFETは、225 °Cにおいて1-ヘプタノールに対してエタノールよりもかなり高いセンサー応答を示しました。一方、PtNSは同じ温度でPtNP-GFETの応答とは逆のアルキル鎖長依存性を示しました。150 °Cの低温では、PtNP-GFETの場合、エタノールと1-ヘプタノールに対するセンサー応答はほぼ同じであり、これは主にヒドロキシル基の濃度に影響されていることを示しています。原子レベルのシミュレーション分析によると、ヒドロキシル基の近くにある炭化水素の脱水素反応は、Pt(111)表面よりもPt147ナノクラスター上で熱力学的に有利であることが明らかになりました。アルカンにおけるアルキル鎖からの脱水素反応はPtNPによって確認され、これにより225 °CでPtNP-GFETがエタノールよりも1-ヘプタノールに対して高いセンサー応答を示しました。全体として、ナノ材料、特にナノ構造化されたPt触媒とグラフェンFETトランスデューサーを使用し、複数の感知温度を利用することが、長鎖アルキルアルコールの認識を実現するための重要な要素です。150 °Cの低温はヒドロキシル基の感知に適しており、225 °Cの高温は炭化水素群の感知に適しています。
http://doi.org/10.1021/acsanm.3c02676
