室温で高感度センシングを実現 新規「ベルト状VO₂(B)単結晶」ガスセンサー材料を創製~実験と理論計算でVO₂(B)の高度機能性の本質を解明~

2026-02-19 東北大学

東北大学多元物質科学研究所の国際共同研究グループは、一次元V2O5ナノファイバーを出発材料に水熱還元法でベルト状VO2(B)単結晶を合成し、室温で高感度にVOCを検出できる新規ガスセンサー材料を開発した。エタノールに対する感度は従来比約19倍に向上し、選択性も大幅に改善。密度汎関数理論(DFT)計算により、VO2(B)特有の表面構造がエタノールを強く吸着し電荷移動を促進することが性能向上の要因と解明した。低消費電力センサー実現に向けた材料設計指針を提示する成果で、論文は『ACS Sensors』に掲載された。

室温で高感度センシングを実現 新規「ベルト状VO₂(B)単結晶」ガスセンサー材料を創製~実験と理論計算でVO₂(B)の高度機能性の本質を解明~
図1. V2O5ナノファイバーとVO2(B)のXRDパターン(a,b)、SEMイメージ(c,d)と電子線回析SEADパターン(e,f)

<関連情報>

1D V2O5ナノファイバーよりも優れた室温ガス検知性能を示すベルト状VO2(B) Superior Room-Temperature Gas Sensing Performance of Belt-like VO2(B) over 1D V2O5 Nanofibers

Qiuyu Cheng,Lei Miao,Peng Song,Qiuyu Jin,Ayahisa Okawa,Takuya Hasegawa,Kenta Hongo,Fu Tang,Wenbin Cao,Te-Wei Chiu,Tohru Sekino,and Shu Yin
ACS Sensors  Published: February 16, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acssensors.5c03743

Abstract

Achieving reliable room-temperature detection of volatile organic compounds (VOCs) remains a challenge for developing low-power, high-performance gas sensors. In this work, belt-like VO2(B) single crystals with a strong (00l) (l = 1, 2, and 3) orientation were successfully synthesized via hydrothermal reduction of one-dimensional (1D) V2O5 nanofibers. Comparative sensing evaluations demonstrate that VO2(B) exhibits improved selectivity and an approximately 19-fold higher response to ethanol at room temperature relative to 1D V2O5 nanofibers. Density functional theory (DFT) calculations further reveal stronger ethanol adsorption and greater charge transfer on VO2(B) surfaces, elucidating the origin of its superior room-temperature sensing performance.

0501セラミックス及び無機化学製品
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