大阪大学大学院工学研究科の藤内謙光准教授のグループは、極低濃度のアンモニアを選択的に検出できる材料の開発に成功しました。

これまで低濃度のガスの検出には通常、半導体式ガスセンサが用いられてきましたが、類似ガスへの選択性が低いという課題がありました。

今回、藤内准教授のグループは、独自開発したサブ・ナノスケールの空孔構造を有する有機結晶により、アンモニアだけを高選択的に検出できることを明らかにしました （図1） 。これにより、極低濃度のアンモニアを高い精度で計測することが求められる食の安全や公衆衛生、医学分野への応用が期待されます。

本研究成果の内容は、第68回高分子学会年次大会（2019年5月29日～31日開催)にて5月31日（金）に口頭発表されました。

図1　（左）開発した有機結晶、（右）種々のガスに対する応答特性

低濃度のガスを検出する代表的なセンサとして半導体式ガスセンサが挙げられますが、特定のガス種だけを選択的に検出するのが難しいという課題がありました。

藤内准教授のグループは、トリフェニルメチルアミンと芳香族スルホン酸および芳香族カルボン酸の有機酸から構成される多孔性有機結晶の研究に長年取組んできました。これらの多孔性有機結晶は、筒状や層状、カプセル状の空孔領域をもち、それにより刺激を与えるさまざまな化学種を固体内部までとりこみやすいため、外部刺激応答性材料として適しています。本研究においては、有機酸としてシアノアクリル酸誘導体を用いた蛍光性の多孔性有機結晶を開発しました。結晶中に存在するカプセル状の空孔が“分子ふるい”として機能することで、一酸化炭素などの無機ガスはもちろん、アセトン等の揮発性有機物質や、トリメチルアミン等の類似化合物を吸着せず、アンモニアだけを高選択的に吸着し、蛍光発光の変化として応答することを見出しました。また50ppb という極低濃度でも検出できることを確認しました （図2） 。

図2　蛍光応答特性のアンモニア濃度依存性

本研究成果により、従来の半導体式センサよりも高精度なアンモニア計測への可能性が示唆されます。例えば公衆衛生分野において実験室等の作業環境で発生する有害なアンモニアの計測 や、医学分野において肝臓や腎機能との相関が示唆されている呼気中のアンモニアの計測 など、低濃度のアンモニアを高い精度で計測することが求められる分野への応用が期待されます。また、本成果が示す空孔を有する有機結晶を利用したガス検出の原理は、アンモニアに留まらず、狙った成分だけを検出する新しいガス検知材料の創出に寄与するものと考えられます。

本研究成果の内容は、第68回高分子学会年次大会（2019年5月29日～31日開催)にて5月31日（金）に口頭発表されました。

発表番号：3J16
タイトル：“カルボン酸アミン塩からなる有機複合体のアンモニアセンサ応用”
著者：細川鉄平、稲里幸子、森田幸弘、西谷幹彦、藤内謙光

なお、本研究の一部は独立行政法人科学技術振興機構（JST）の研究成果展開事業「センター・オブ・イノベーション（COI）プログラム」の支援によって行われました。