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CN101606056A - 氢气传感器 - Google Patents

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CN101606056A
CN101606056A CNA2008800020224A CN200880002022A CN101606056A CN 101606056 A CN101606056 A CN 101606056A CN A2008800020224 A CNA2008800020224 A CN A2008800020224A CN 200880002022 A CN200880002022 A CN 200880002022A CN 101606056 A CN101606056 A CN 101606056A
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hydrogen
hydrogen gas
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catalyst
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CNA2008800020224A
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羽根友子
清原章夫
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Gunze Ltd
Original Assignee
Gunze Ltd
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Abstract

本发明提供一种不进行清除操作、且具备良好的氢气选择性、能够比较廉价地构成的氢气传感器。本发明的氢气传感器(1)中，在包含固体高分子电解质、或使碳材料分散于固体高分子电解质中而成的含碳固体高分子电解质的基材(2)的一个侧面，形成通过与氢气接触而具有催化剂功能的催化剂层(3)来构成检测部。

Description

氢气传感器
【技术领域】
本发明涉及一种可检测气相或液相中以及贮氢合金贮藏中的氢气浓度的氢气传感器。
【背景技术】
除了构成以燃料电池为代表的氢能量系统之外，高精度地检测氢的浓度的氢气传感器非常必要。
在专利文献1中提出了下述的氢气传感器，该氢气传感器在测定气相中或液相中的氢浓度时，在不需要对感应部施加高温、且不需要隔膜或电解液的情况下能够防止其劣化，并且可实现小型轻量化。
在专利文献1中记载了一种氢气传感器，其具有通过与氢接触而产生电阻变化的感应部，并且感应部由贮氢性的单质金属或合金形成，或由选自纳米碳材料、贮氢性的单质金属、贮氢性的合金中的材料形成。
另外，在专利文献2中提出了一种氢气传感器，其在包含TiO2、SrTiO3、BaTiO3等金属氧化物半导体的感应部设有电阻测定用的一对电极。
进而，在专利文献3中提出了一种透过氢气量的测定装置，其特征在于，在固体高分子电解质膜的两侧安装有碳布电极的燃料电池的单元电池型氢测定传感器元件，按照一方的开口缘与测定对象面抵接的筒状体的开口面大致平行地隔开筒状体内部的方式设置于筒状体，并且设有测定阳极及阴极间的电流值的无电阻电流计。
专利文献1：日本特开2004-125513号公报
专利文献2：日本特开2002-071611号公报
专利文献3：日本特开2002-289243号公报
【发明内容】
但是，专利文献1所记载的氢气传感器为检测由于在由贮氢性的单质金属或合金形成的感应部吸附氢气而发生变化的电阻值的装置，因为感应部维持吸附氢的状态，因此存在无法追随动态的变动，下次计测时需要用于使所吸附的氢气从感应部释出的清除操作。
另外，在专利文献2所记载的氢气传感器因为是检测伴随着吸附于表面的氧气与氢气的反应，金属氧化物半导体的电阻变化的装置，故必须设置加热元件，该加热元件可将充分引起氧分子的吸脱附的感应部的元件温度加热至400℃左右。
因此，具有耗费电力增加的问题、或必须具有耐热结构的问题，进而，也存在对氢气之外的甲烷气体或一氧化碳气体等可燃性气体具有响应性，无气体选择性的问题。
另外，专利文献3所记载的透过氢气量的测定装置中，作为固体高分子电解质膜而使用的全氟磺酸树脂在湿润环境下虽然显示良好的氢离子传导性，但在干燥条件下无法有效地发挥功能。
另外，因为无交联构造，所以如果在高温下含有许多水，则存在强度降低的问题。而且，全氟磺酸树脂因为膜的制造工序很复杂，故制造成本高，从成本降低的观点出发，期待进一步改良。
另外，也考虑利用一般在燃料电池中使用的MEA(Membrane ElectrodeAssembly(膜电极接合体))的发电特性来构成氢气传感器，但由于MEA在固体高分子电解质的两面形成使用铂等昂贵金属的催化剂电极，故从抑制部件成本等的观点方面期望更进一步的改良。
进而，若将氢气传感器使用于MEA，则与氢接触后为了维持输出，从氢气的检测的观点出发，期待在氢气接触后输出的下降变慢、输出下降的特性得到改善。
本发明的目的在于鉴于上述的问题点，提供一种在不进行清除操作的情况下具备良好的氢气选择性且能够比较廉价地构成的氢气传感器。
为了达成上述目的，本发明的氢气传感器的特征在于：具有在包含固体高分子电解质的基材的一个侧面形成有催化剂层的检测部。
本申请发明人等确认：通过在包含碳纸、碳布、碳纳米管、富勒烯、石墨等的碳基材的一个侧面形成催化剂层，可构成对于氢气响应性良好的检测部，但存在灵敏度低的问题。
进而，累积研究的结果表明，若在包含固体高分子电解质的基材的一个侧面形成包含通过与氢气接触从而具有催化剂功能的金属等的催化剂层，则在向该催化剂层供给氢气时可显示充分的发电特性。此时，不需要如已知的燃料电池那样在基材的双面设置催化剂层，故有可廉价地制造的优点。
另外，所述基材优选包含分散有碳的含碳固体高分子电解质，优选使用在固体高分子电解质中分散有碳材料的含碳固体高分子电解质，所述碳材料包含选自碳纳米管、富勒烯、石墨、纳米碳、炭黑中的一种以上。
如上所述，只使用固体高分子电解质作为基材时，虽然对氢气的灵敏度良好，但有输出降下迟缓的特性。因此，本案发明人等进行了深入研究，结果发现通过使用上述的含碳固体高分子电解质作为基材，可对氢气的上升特性及降下特性均良好，可构成灵敏度也显示充分值的氢气传感器。
使用包含上述分散有碳材料的固体高分子电解质的基材时，若选择由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳材料，则发现可感应极低浓度的氢气，但对于高浓度的氢气发生饱和却很难检测正确的浓度，而且在无氢气的存在下，存在初期输出会发生变动而稳定性低的倾向。
另外，发现若从由碳纳米管、石墨、纳米碳及炭黑构成的组中选择碳材料，则在无氢气存在的情况下可确保输出的稳定性，但在没有浓度比较高的氢气的情况下存在不显示灵敏度的倾向。
但是，作为基材，若使用在固体高分子电解质中混入选自由炭黑、石墨、纳米碳及碳纳米管构成的组中的至少一种以上的碳材料，和选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳材料而成的含碳固体高分子电解质，则可在无氢气存在的情况下确保输出的稳定性且可适当地调整对氢气的灵敏度。
也就是，作为基材，可适当地使用在固体高分子电解质中混入选自由炭黑、石墨、纳米碳及碳纳米管构成的组中的至少一种以上的碳材料，和选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳材料而成的含碳高分子电解质。
根据氢气的目标检测浓度范围来调整碳材料相对于混合于基材中的全碳的混合比，所述碳材料选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上。通过调整混合比，可适当地调整对氢气的灵敏度。
若将选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳相对于混合于基材的全碳的重量百分比X调整在50≤X＜100的范围，则即使在没有氢气的存在下也可确保输出的稳定性，同时可灵敏度良好地检测出极低浓度的氢气。
若将选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳相对于混合于基材的全碳的重量百分比X调整在0＜X＜50的范围，则在无氢气存在的情况也可确保输出的稳定性，同时可适当地检测出高浓度的氢气。
含碳固体高分子电解质包含将碳材料分散于固体高分子电解质溶液中，并成形为规定形状后经加热干燥而成的固体高分子电解质。
同样地，氢气传感器优选具有包含基材和形成于该基材的一个侧面的催化剂层的检测部，该基材包含在固体高分子电解质溶液中混入对该固体高分子电解质溶液的溶剂的分散性不同的二种碳材料而形成的含碳固体高分子电解质。通过如此的构成，以碳材料的组合可适当地调整对氢气的灵敏度。
催化剂层优选包含通过与氢气接触而具有催化剂功能的金属或合金、具有催化剂活性的有机金属、或有机物。
另外，催化剂层优选包含通过与氢气接触而具有催化剂功能的含有碳化钼的材料。碳化钼显示不差于铂催化剂的催化剂性能，而且因为它非常廉价，所以可非常廉价地形成氢气传感器。
另外，即使在与铂催化剂相比碳化钼催化剂的催化剂性能被评估为略低的情况下，也因为其廉价，可容易地得出增加催化剂的量来弥补其催化剂性能的差。
上述催化剂层优选使用溅射法、离子束法、涂布法及蒸镀法中的任一种薄膜形成法，由载持于基材的一个侧面的催化剂形成，若根据上述薄膜形成法，可适当地控制载持于催化剂载持体上的催化剂的粒径分布、载持量。
此时，在基材的一个侧面形成催化剂层的检测部优选与具有通气性的电极接合，通过对形成有催化剂层的一侧的电极供给氢气并向对置电极供给氧气或空气，可良好地使发电电压取出至外部。
(发明的效果)
如以上说明那样，根据本发明，可提供一种不进行清除操作，具备良好的氢气选择性，比较廉价的同时低消耗电力且高响应性、高灵敏度的氢气传感器。
【附图说明】
图1是基材采用固体高分子电解质的氢气传感器的结构图。
图2是在电极形成气体扩散层的氢气传感器的结构图。
图3是在实施例1中试作的氢气传感器的结构图。
图4(a)是显示在实施例1-1所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(b)是显示在实施例1-1所得到的氢气传感器的氢气浓度电压特性的图表。
图5(a)是显示在实施例1-2所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(b)是显示在实施例1-2所得到的氢气传感器的氢气浓度电压特性的图表。
图6(a)是显示在实施例1-4所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(b)是显示在实施例1-4所得到的氢气传感器的氢气浓度电压特性的图表。
图7(a)是显示在实施例1-5所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(b)是显示实施例1-5所得到的氢气传感器的氢气浓度电压特性的图表。
图8(a)是显示在实施例1-6所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(b)是显示在实施例1-6所得到的氢气传感器的氢气浓度电压特性的图表。
图9是基材采用由含碳固体高分子电解质形成的基材的氢气传感器的结构图。
图10是实施例2中试作的氢气传感器的结构图。
图11是显示在实施例2-1所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(a)是使用碳材料(A)的图表，(b)是使用碳材料(B)的图表，(c)是使用碳材料(C)的图表。
图12(a)(b)是显示在实施例2-1所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表；(a)是使用碳材料(D)的图表，(b)是使用碳材料(E)的图表，(c)是显示在实施例2-2所得到的氢气传感器的氢气检测特性的图表。
图13是在实施例2-1中所得到的氢气传感器的基材的SEM照片。
图14是显示在实施例2-3中得到的氢气传感器在水浸渍前后的发电特性的图表，(a)是显示使用本发明的基材所构成的氢气传感器的氢气检测特性的图表，(b)显示以碳纳米管的烧成膜作为基材的氢气传感器的氢气检测特性的图表，(c)是以Nafion作为基材的氢气传感器的氢气检测特性的图表。
图15(a)是使用碳基材的氢气传感器的氢气检测特性的说明图，(b)是将固体高分子电解质用于基材的氢气传感器的氢气检测特性的说明图。
图16是采用由含碳固体高分子电解质形成的基材的氢气传感器的结构图。
图17是采用混合比重不同的二种碳材料的含碳固体高分子电解质而成的基材的氢气传感器的结构图。
图18是以实施例3中试作的氢气传感器的结构图。
图19(a)是实施例3-1中得到的氢气传感器的特性表，(b)是其输出特性图。
图20(a)是实施例3-2中得到的氢气传感器的特性表，(b)是其输出特性图。
图21(a)是实施例3-3中得到的氢气传感器的特性表，(b)是其输出特性图。
图22(a)是包含固体高分子电解质只分散有富勒烯的基材的氢气传感器的输出特性图，(b)是包含固体高分子电解质只分散有碳纳米管的基材的氢气传感器的输出特性图。
图23是采用包含固体高分子电解质的基材，催化剂使用碳化钼的氢气传感器的结构图。
图24是在电极形成了气体扩散层的氢气传感器的结构图。
图25是具有堆叠构造的氢气传感器的结构图。
图26是表示配设有控制部与风扇的氢气传感器系统的构成的说明图。
图27是传感器及控制部等的功能区块图。
图28是氢气传感器系统的控制流程图。
图29是基材的两面形成有催化剂层的氢气传感器的结构图。
【符号说明】
1：氢气传感器、
2：基材(固体高分子电解质)
3：催化剂层
3a：催化剂
4：电极
4a：阳极
4b：阴极
5：丙烯酸树脂制的板状体
5a：板状体的开口
6：电压检测电路
7：气体扩散层
22：基材(含碳固体高分子电解质)
23：基材(含碳固体高分子电解质)
40：电极对
40a、40b、40c：电极板
50a、50b：气体扩散层
60a、60b：丙烯酸板体
100：控制部
101：CPU
102：存储装置
105a、105b：风扇
200：基材
300：Mo2C催化剂粒子
C：碳
C1：石墨、碳纳米管
C2：富勒烯、纳米钻石
S：固体高分子电解质
【具体实施方式】
以下，说明本发明的氢气传感器。氢气传感器具有包含在固体高分子电解质的基材的一个侧面形成有催化剂层的检测部，检测部与具有通气性的电极接合。
就基材而言，可采用固体高分子电解质、在固体高分子电解质中混合有碳材料的基材。以下，分别进行说明。
《实施方式1：使用固体高分子电解质作为基材的构成》
如图1所示，氢气传感器1是在包含固体高分子电解质的基材2的一个侧面形成通过与氢气接触而具有催化剂功能的催化剂层3，该基材2的两面与具有通气性的电极4接合。
构成基材2的固体高分子电解质只要显示质子导电性即可，并无特别限定，但优选采用由具有高的质子导电性的全氟磺酸系、全氟碳酸系等全氟系高分子、或聚(苯乙烯-随机-乙烯)(Poly(styrene-ran-ethylene))、磺化的聚合物(sulfonated polymer)(聚苯乙烯系磺酸树脂)等部分磺化的苯乙烯-烯烃共聚物(partially sulfonated styrene-olefin copolymer)而成的固体高分子电解质膜，可适当地使用Nafion (杜邦公司注册商标：NAFION)或ACIPLEX(旭化成株式会社注册商标：ACIPLEX)等。
就构成催化剂层3的催化剂3a而言，可适当地使用通过与氢气接触而具有催化剂功能的金属或合金、具有催化剂活性的有机金属、或有机物等。
上述催化剂3a使用基于溅射法的薄膜形成法载持于基材2的至少一个侧面。
就催化剂3a而言，可适宜使用具有高的催化剂活性的铂Pt或铂合金，除此以外，也可使用选自金Au、银Ag、铱Ir、钯Pd、钌Ru、锇Os、镍Ni、钨W、钼Mo、锰Mn、钇Y、钒V、铌Nb、钛Ti、氧化锆、稀土类金属等中的至少一种金属或合金。
另外，就催化剂3a而言，也可使用通过与氢气接触而具有催化剂活性的有机金属或有机物。作为这样的有机金属催化剂，可使用例如N，N’-双(亚水杨基)乙烯-二氨基-金属(＝Ni、Fe、V等)、N，N’-单-8-喹啉基-σ-苯二氨基-金属(＝Ni、Fe、V等)等，有机物可使用例如吡咯基吡咯红色颜料、二吡啶基衍生物。
进而，就催化剂3a而言，也可使用通过与氢气接触而具有催化剂功能的碳化钼Mo2C、或含有碳化钼Mo2C的材料。有关使用碳化钼Mo2C的情况后面会详细叙述。
载持催化剂3a采用溅射法时，溅射的处理时间优选少于90秒，更优选为60秒以下。另外，溅射时的DC、RF输出值并无特别限制，但优选为1.2W/cm2以上。
电极4包含形成有多数细孔的铜镍合金薄膜等，也可以包含具备良好的导电性的金属多孔烧结体。
若在上述氢气传感器1的电极4a中流入氢气，氢气被分解成质子与电子，电子被供给至与电极4a连接的外部电路，而质子通过基材2移动至对置的电极4b，从而可将输出取出，可进行氢气的检测。此时，通过在外部电路检测与氢气浓度具有相关关系的电流值或电压值，即可检测出氢气浓度。
按照至少形成有催化剂层3的电极4a侧曝露于检测对象气体、而另一方的电极4b与外部气体或氧气接触的方式配置上述的氢气传感器1，通过使两电极4a、4b间具有电压检测电路6，即可计测在检测对象气体中所含有的氢气浓度。
另外，如图2所示，按照向电极4a均一地提供检测对象气体、向电极4b均一地提供氧气或空气的方式，可在两电极4a、4b的表面设置由碳纸或碳布等形成的气体扩散层7。
也可具有风扇等送风机构，其向形成有催化剂层3的电极4a侧吹送检测对象气体，向对置的电极4b连续地或间歇性地吹送氧气或空气等。
进而，也可分别设置向电极4a侧吹送检测对象气体的送风机构、向对置的电极4b吹送空气的送风机构，使各送风机构交替地工作。
即，也可具有反复如下操作的控制部，即，由一方的送风机构向电极4a侧供给检测对象气体后，停止由该方的送风机构供给检测对象气体，接着由另一方的送风机构向电极4b侧供给空气后，停止由该另一方的送风机构的供给。按照如上所述构成，可一边检测氢气浓度，一边将附着于电极4a、4b或气体扩散层7的污垢，或滞留于气体扩散层7的气体进行反洗。
以上说明在基材2直接形成催化剂层3的例子，但例如在基材2的一个侧面涂布碳纤维或碳纳米管等所形成的涂布层的上面载持催化剂，形成碳纳米管的涂布层时，从其比表面积的大小出发，作为催化剂载持体显示非常优异的特性。
氢气传感器1的电极4不限于由良导体金属构成，也可由具有导电性及通气性的碳纸或碳布构成。此时可使电极表面作为催化剂的载体而发挥作用。
上述的实施方式说明了在基材2通过溅射形成催化剂层3的情况，但也可采用溅射以外的公知的方法，例如离子束法、真空蒸镀法、电子线照射法、CVD、PVD、浸渗、喷涂、喷涂热分解、混炼、吹附、利用辊或刮刀的涂布、网版印刷、混炼法、光电解法、涂布法、溶胶凝胶法、浸渍法、喷墨法、贵金属错合物还原法等。
上述的实施方式说明了基材形成为膜状的情况，但其膜厚并无特别限制，可在能发挥所期望的效果的范围内适当设定。另外，基材并不限于面状体，也可为立体构成的基材。此时，电极的形成面并不限定于对置面。
《实施例1：使用固体高分子电解质作为基材的构成》
实施例1-1：作为包含固体高分子电解质的基材，将厚100μm的全氟系高分子、Nafion膜(NRE-212)(从Dupont公司购入)切割成5cm见方，用滤纸挟持所切割的Nafion膜，从上方用加热至130℃的烫斗挤压，反复操作直至变得水不浸透滤纸为止从而将水分溅散。
在按照上述方式使水分充分溅散的Nafion膜的单面，在4cm见方的范围内、以30秒的溅射时间载持作为催化剂的铂Pt，形成20nm膜厚的催化剂层3。铂Pt的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
如图3所示，用形成有多数细孔的铜镍制的一对电极4挟持形成有催化剂层3的Nafion膜21，再用形成有多数开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5夹持，用螺丝固定板状体5，由此制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃、55％RH)下，用注射器(シリンジ)向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％以及4％(air base)的氢气，利用测定器MULTIMETER VOAC 7411(岩崎计测株式会社制)测定电压。
供给规定时间的氢气后停止供给，测定数百mV的电压。将此时的输出特性表示于图4(a)中，将浓度电压特性表示于图4(b)中。
实施例1-2：按照与实施例1-1同样的方式，作为包含固体高分子电解质的基材，向Nafion膜的单面以10秒的溅射时间载持作为催化剂的铂Pt，形成4nm膜厚的催化剂层3，制成与图3同样构成的氢气检测器1。铂Pt的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下、用注射器向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％和4％(air base)的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。
供给规定时间的氢气后停止供给，测定数百mV的电压。将此时的输出特性表示于图5(a)中，将浓度电压特性表示于图5(b)中。
实施例1-3：按照与实施例1-1同样的方式，作为包含固体高分子电解质的基材，向Nafion膜的双面以30秒的溅射时间载持作为催化剂的铂Pt，在双面形成20nm膜厚的催化剂层3，制成与图3同样构成的氢气检测器1。铂Pt的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
在常温常湿环境(23℃、55％RH)下，用注射器向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。
供给规定时间的氢气后停止供给，测定780mV的电压。确认即使在双面设有催化剂层也可得到同样的结果。
实施例1-4：按照与实施例1-1相同的方式，在作为包含固体高分子电解质的基材的Nafion膜的单面，以30秒的溅射时间载持作为催化剂的钯Pd，形成20nm膜厚的催化剂层3，制成与图3同样构成的氢气检测器。钯Pd的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下、用注射器向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％和4％(air base)的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。供给规定时间的氢气后停止供给，测定数百mV的电压。将此时的输出特性表示于图6(a)中，将浓度电压特性表示于图6(b)中。
实施例1-5：按照与实施例1-1同样的方式，向包含固体高分子电解质的基材的Nafion膜的单面，以30秒的溅射时间载持作为催化剂的镍Ni，形成20nm膜厚的催化剂层3，制成与图3同样的构成的氢气检测器。镍Ni的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下、用注射器向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％与4％(air base)的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。供给规定时间的氢气后停止供给，测定数百mV的电压。将此时的输出特性表示于图7(a)中，将浓度电压特性表示于图7(b)中。
实施例1-6：为了生成包含固体高分子电解质的基材，将Sigma AldrichJapan株式会社制聚(苯乙烯-随机-乙烯)磺化溶液(Poly(styrene-ran-ethylene)，sulfonated solution)(5wt％、1-丙醇溶液)(制品编号659592)20ml置于100℃的烘箱中进行浓缩直至成15ml。浓缩后，浇铸于平坦的铁氟龙薄膜(铁氟龙为Dupont公司注册商标)上，为了使溶剂均一地蒸发覆盖开孔的铝箔直至溶剂蒸发，置入35℃的烘箱内生成聚(苯乙烯-随机-乙烯)磺化聚合物(Poly(styrene-ran-ethylene)，sulfonatedpolymer)(聚苯乙烯系磺酸树脂)膜。
将上述电解质膜切割成5cm见方，在单面以4cm见方的范围、以30秒的溅射时间载持作为催化剂的铂Pt，形成20nm膜厚的催化剂层3，制成与图3同样的构成的氢气检测器1。铂Pt的溅射条件为输出RF 300W、气体流量氩Ar 20cc/分。
在常温常湿环境(23℃、55％RH)下、用注射器向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a供给50cc浓度为100％和4％(airbase)的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。供给规定时间的氢气后停止供给，测定数百mV的电压。将此时的输出特性表示于图8(a)中，将浓度电压特性表示于图8(b)中。
图4～图8所示的特性显示：停止了氢气的供给，从丙烯酸树脂制的板状体5的开口5a向对置电极4b流入空气，在催化剂层3中产生的氢离子与空气中的氧键合而产生水。
实施例1-7：对实施例1-1中得到的氢气传感器1的气体选择性进行评价。首先，与实施例1-1同样地使浓度为100％的氢气40cc与形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器Multimeter VOAC 7411测定电压。其结果，确认500mV的输出变化。
其次，使气体的种类依序改变成甲烷气体、一氧化碳气体、二氧化碳气体，对于各种气体，以与氢气相同的顺序测定电压。但是，任意一种气体均无确认到输出。
由此结果可知：本实施方式的氢气传感器仅仅能够确认氢气的输出变化，具有优良的气体选择性。
以下，对采用含碳固体高分子电解质作为基材的例子进行说明。在以下的说明中，构成催化剂层3的催化剂3a、催化剂3a的载持方法、电极4a、4b的构成、气体扩散层的加成等，也可适用于以下说明的氢气传感器的构成，因此避免说明的重复而省略，但可与采用仅包含上述固体高分子电解质的基材的氢气传感器在实质上同等地构成。
《实施方式2：使用含碳固体高分子电解质作为基材的第一构成》
如图9所示，对于本发明的氢气传感器1而言，通过将氢气与包含分散有碳C的固体高分子电解质S，也即含碳固体高分子电解质的基材22的至少一个侧面接触，可形成具有催化剂功能的催化剂层3，该基材22的两面与具有通气性的电极4接合。
作为固体高分子电解质S，只要显示质子导电性即可，并无特别限定，但优选采用由具有高的质子导电性的全氟磺酸系、全氟碳酸系等的全氟系高分子、或聚(苯乙烯-随机-乙烯)、磺化的聚合物(聚苯乙烯系磺酸树脂)等的部分地磺化的苯乙烯-烯烃共聚物形成的固体高分子电解质膜，可适当地使用Nafion(杜邦公司注册商标：Nafion)或ACIPLEX(旭化成株式会社注册商标：ACIPLEX)等。
分散于固体高分子电解质S中的碳C可选自碳纳米管(以下，也记为「CNT」)、富勒烯、石墨、纳米碳、炭黑、纳米钻石、纳米多孔碳中的任一种。量外，炭黑具体可例示炉黑、槽黑、接枝炭黑等。
碳C(CNT或石墨等)的大小(粒径、或长度或径)无特别限定，但长度愈长愈佳，优选长度为1μm～1mm、径为5～200nm。
进而，分散于固体高分子电解质S的碳C不限制于一种类的碳，也可将不同种类的CNT或CNT与石墨等不同种类的碳混合。
即，基材22包含在固体高分子电解质中混合有选自碳纳米管、富勒烯、石墨、纳米碳、炭黑、纳米钻石、纳米多孔碳中的一种以上的碳材料的含碳固体高分子电解质。
基材22经过如下工序来制造：即在水-丙醇等的醇系溶剂中溶解固体高分子电解质得到固体高分子电解质溶液，在所得到的固体高分子电解质溶液中混入规定量的选自碳纳米管、富勒烯、石墨、纳米碳、炭黑、纳米钻石、纳米多孔碳中的任一种碳C的工序；在固体高分子电解质溶液中分散所述碳C的分散处理工序；在分散处理之后通过浇铸等成形为规定形状的成形工序；加热干燥所成形的基材除去溶剂的加热干燥工序。
也可使用水-二甲基甲酰胺(DMF)等显示极性的有机溶剂来取代醇系的溶剂。在任一种情况下，利用溶剂和混入溶剂的碳材料的组合可使碳的分散性不同。
在加热干燥工序中，一边维持所述碳C的分散状态一边加热干燥，因此依据溶剂的组成、固体高分子电解质与碳的重量比等来调整加热时间及加热温度很重要。
若可确保在电解质膜中分散碳的状态，则固体高分子电解质与碳的配合比并无特别限定，但优选为10∶1～10∶10。
使用先前所示的碳基材作为基材22时，对氢气的响应性优良但灵敏度低，使用实施方式1中说明的固体高分子电解质作为基材时，对氢气的灵敏度优良但有降下延迟的特性。
例如，如图15(a)所示，以100cc/分向在数厘米平方的碳基材的一个侧面形成有铂Pt催化剂层的检测部供给4％浓度的氢气，发电数秒，阻断氢气的供给，以数秒停止输出，输出电压低至数μV，如图15(b)所示，以100cc/分向同尺寸的固体高分子电解质(Nafion(Dupont公司注册商标：NAFION))的一个侧面形成有铂Pt催化剂层的检测部供给4％浓度的氢气，发电数秒，其输出电压高达数十mV，即使阻断氢气的供给，长时间输出也不会停止，响应迟缓。
因此，本案发明人等想到一种氢气传感器，其具有在包含分散有碳的含碳固体高分子电解质的基材的至少一个侧面形成有催化剂层的检测部，经深入研究，结果可确认上述氢气传感器对氢气的上升特性、降下特性均良好，灵敏度也显示充分的值。
《实施例2：使用含碳固体高分子电解质作为基材的第一构成》
实施例2-1：按照配合比为Nafion∶碳＝5∶2的方式，在使用了醇系溶剂的固体高分子电解质溶液Nafion 5wt％Solution(ElectroChem.，Inc制ECNS-05-250)10g中加入碳0.2g，用搅拌器搅拌45分钟使其均一分散，搅拌终止后，在SUS板上安置5cm×5cm的模具，在模具中流入3ml，置于120℃的烘箱中40分钟，使溶剂蒸发。
干燥后，从SUS板剥离作为基材的膜，对于成形的膜，利用30秒的溅射使铂Pt蒸镀，形成20nm的铂层，溅射条件为输出RF300W、气体流量氩20cc/分。另外，也可对所形成的膜的表侧、背侧(与SUS板面接触的一方为背侧)的任一侧进行溅射，但本次溅射背面。
如图10所示，用形成有多数细孔的铜镍制的一对电极4夹持形成有催化剂层3的基材22，进而用形成多数开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5挟持，用螺丝固定板状体5，以此来制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃、55％RH)下，以流量100cc/分向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3一侧的电极4a供给浓度为100％和4％(air base)及4000ppm的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。
供给氢气3秒后停止供给，测定电压，确认在丙烯酸树脂制的板状体5的内侧面生成了水。从丙烯酸树脂制的板状体5的开口5a向对置电极4b流入空气，在催化剂层3所产生的氢离子会与空气中的氧键合而产生水。
在本实施例中，使用从以下的(A)至(E)所示的碳纳米管及石墨作为形成材料的碳。
(A)Sun Nanotech Co Ltd.制的Multi-Wall Carbon nanotubesL.MWNTs-10、
(B)同Multi-Wall Carbon nanotubes-Bundled L.B.MWNTs-10、
(C)从山本通产株式会社购入的Ctube 100、
(D)Carbon Nano-material Technotogy Co.，LTD制的CNT MWCNT的各碳纳米管、
(E)Beijng Grish Hitech Co.，Ltd制的Nano Graphite
从图11(a)至(c)、及图12(a)至(b)依序显示使用各种碳时的输出特性。根据使用的碳，灵敏度不同，但可观测到大概数十μV至数mV范围的电压，进而若供给氢气则电压迅速上升，若停止氢气则迅速降下，可确认灵敏度及响应性均佳。
例如，当使用(A)所示的碳纳米管时，可观察到如图11(a)所示，若供给氢气3秒，则电压迅速地上升至数十μV，然后若停止氢气，则5秒左右电压迅速地降下，可确认灵敏度及响应性良好。另外，将该基材的SEM照片(倍率500)表示于图13。显示碳纳米管显示缠绕于固体高分子聚合物而分散的状态。
实施例2-2：按照与实施例2-1同样的方式，在使用醇系溶剂的固体高分子电解质溶液聚(苯乙烯-随机-乙烯)磺化5wt％溶液(Poly(Styrene-ran-ethylene，Sulfonated 5wt％ solution)1-丙醇(和光ALDRICH制)10g中置入实施例2-1的碳材料(C)0.2g，用搅拌器搅拌45分钟使其均一地分散，搅拌终止后，在SUS板上放置5cm×5cm的模具，向模具中流入3ml，置于120℃的烘箱中40分钟，使溶剂蒸发。
干燥后，从SUS板剥离作为基材的膜，对于成形的膜，利用30秒的溅射使铂Pt蒸镀，形成20nm的铂层，溅射条件为输出RF300W、气体流量氩20cc/分。另外，此次也溅射背面。
同样地，用形成有多数细孔的铜镍制的一对电极4夹持形成有催化剂层3的基材22，进而用形成有多数开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5夹持，用螺丝固定板状体5，以此来制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下、以100cc/分向上述氢气传感器1的形成有催化剂层3一侧的电极4a供给浓度为100％和4％(air base)及4000ppm的氢气，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。
将输出特性表示于图12(c)。根据所使用的碳，灵敏度不同，但在改变固体高分子电解质时可观测到大概数百μV的电压，进而，若供给氢气则电压迅速上升，若停止氢气则迅速降下，可确认灵敏度及响应性均佳。
实施例2-3：为了探测本发明的氢气传感器受水的哪一种影响，对于确认此次发电特性的多个基材进行以下的确认试验。
对于使用实施例2-1的碳材料(A)并按照配合比为Nafion∶CNT＝5∶2的方式制成的分散有CNT的Nafion膜(试样1)、与使用实施例2-1的碳材料(C)而形成的烧成膜(试样2)、与Nafion膜(试样3)这三种基材，分别以与上述实施例相同的条件在单面溅射铂pt，将所得到的检测部用挟子挟取，浸渍于水中5秒钟，浸渍后，制作图10所示的氢气试样1，确认在浸渍前后的氢检测的行为变化。
此处，试样2的烧成膜以如下的顺序制作。以Ctube 100为10重量％、聚吡咯树脂(日本Carlit株式会社CDP-310M)为30重量％的方式混入有机溶剂N-甲基吡咯酮(以下NMP)中，以涂料摇混机摇晃处理60分钟来制作碳纳米管的分散溶液。使分散溶液浇铸于预先以5cm见方的方式区隔开的SUS板，成形为约250μm膜厚的板状体后，进行干燥处理。然后，将膜投入烧成装置中，在氮气的环境下、约600℃的温度下烧成1小时，使粘接树脂及NMP热分解及蒸发，以此来制作烧成膜。
另外，试样3的Nafion膜通过下述方式制作而成，即，将厚100μm的Nafion膜(NRE-212)(Dupont公司购入)切割成5cm见方，用滤纸夹持切割后的Nafion膜，从上方用加热至130℃的烫斗挤压，反复操作直至水不浸透滤纸从而使水分溅散。
使浸渍前后的与100％氢接触时的发电特性示于图14(a)、(b)、(c)。其结果可知，在以CNT的烧成膜作为基材的试样(试样2)中，如图14(b)所示，浸渍后的发电特性与浸渍前的发电特性比较，大幅度地降低，并且由于浸渍，基材的保形性会变弱。另外，推断在以Nafion膜作为基材的试样(试样3)中如图14(c)所示，浸渍后降下特性会变差，不能根据用途的不同适当地发挥传感器的功能。
但是，可知在分散有CNT的Nafion膜(试样1)中，浸渍后的灵敏度较浸前变大，并且在浸渍于水的前后的过程中，可维持对氢气的上升及降下特性。
实施例2-4：按照配合比为Nafion∶碳＝5∶2的方式，在使用醇系溶剂的固体高分子电解质溶液Nafion 5wt％Solution(ElectroChem.，Inc制ECNS-05-250)10g中加入富勒烯nanom mix ST-F(Frontier Carbon株式会社制)0.2g，与实施例2-1同样地制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃、55％RH)下使浓度4％(air base)的氢气40cc与氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器MULTIMETER VOAC 7411确认到从-256mV变化至381mV。
实施例2-5：用蒸发器将使用醇系溶剂的固体高分子电解质Nafion5wt％溶液(ElectroChem，Inc.制EC-NS-05-250)加热至60℃，并使IPA溶剂蒸发。暂时结束蒸发，以水残留的状态终止蒸发器，再向其中加入DMF溶剂，用DMF提取Nafion，将提取物溶于水-DMF溶剂中，形成固体高分子电解质溶液。
然后，以配合比为Nafion∶碳＝5∶2的方式，在使用上述水-DMF溶剂的固体高分子电解质Nafion 5wt％溶液10g中加入富勒烯nanom mixST-F(Frontier Carbon株式会社制)0.2g，以与实施例2-1同样的方式制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下使浓度为4％(air base)的氢气40cc与氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧电极4a接触后，用测定器MULTIMETER VOAC 7411确认从-300mV变化至18mV。
实施例2-6：以配合比为Nafion∶碳＝5∶2的方式，在使用醇系溶剂的固体高分子电解质Nafion 5wt％溶液(ElectroChem.，Inc.制ECNS-05-250)10g中加入钻石粉末UFD-WP1(Beijing Grish Hitech Co.，Ltd.制)0.2g，与使用实施例2-1同样地制作氢气传感器1。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下，使浓度为4％(air base)的氢气40cc与氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器MULTIMETER VOAC 7411确认从-10mV变化至18mV。
实施例2-7：对实施例2-5中得到的氢气传感器1的气体选择性进行评价。首先，与实施例2-5同样地使浓度为100％的氢气40cc与形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器Multimeter VOAC 7411测定电压。其结果，确认200mV的输出变化。
其次，使气体的种类依序地改变成甲烷气体、一氧化碳气体、二氧化碳气体，对于各个气体，以与氢气相同的顺序测定电压。但是任一种气体均无法确认输出。
由此结果可知以本实施方式的氢气传感器只确认氢气的输出变化，对气体的选择性优良。
《实施方式3：使用含碳固体高分子电解质作为基材的第二构成》
如图16所示，本发明的氢气传感器1中，通过使氢气与包含分散有至少两种碳C的固体高分子电解质S，即含碳固体高分子电解质的基材23的至少一侧面接触，可形成具有催化剂功能的催化剂层3，该基材23的两面与具有通气性的电极4接合。
使用于基材23的固体高分子电解质S只要显示质子导电性即可，无特别限定，但优选由采用具有高质子导电性的全氟磺酸系、全氟碳酸系等全氟系高分子、或聚(苯乙烯-随机-乙烯)、磺化的聚合物(聚苯乙烯系磺酸树脂)等部分地磺化的苯乙烯-烯烃共聚物等烃系磺酸树脂形成的固体高分子电解质膜，可适当地使用Nafion(杜邦公司注册商标：NAFION)或ACIPLEX(旭化成株式会社注册商标：ACIPLEX)等。
分散于固体高分子电解质S的碳C可使用包含选自由碳纳米管、石墨、纳米碳及炭黑构成的组中的至少一种以上的碳C1、选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳C2的混合碳。也可从上述的组中选择一种以上的多种进行组合，特别优选碳纳米管与富勒烯或纳米钻石、或者石墨与富勒烯或纳米钻石的组合。
碳纳米管、石墨等碳C1的尺寸无特别限定，但长度愈长愈好，优选长度为1μm～1mm、径为5～200nm。
另外，选自富勒烯、纳米钻石或纳米多孔碳中的球状碳C2的大小优选平均粒径为8～5000nm。
即，基材23包含在固体高分子电解质中混合选自由炭黑、石墨、纳米碳、碳纳米管构成的组中的至少一种以上的碳材料、和选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳材料而成的含碳固体高分子电解质。
混合碳C中的碳C2的重量百分比X根据氢气的目标检测浓度范围预先设定。
例如，如果使用选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳C2相对于混合碳C的重量比X在50≤X＜100的范围，更优选在65≤X≤85的范围混合而成的基材，构成检测部，则在没有氢气的存在下输出也比较稳定，并且可灵敏度优良地检测至约0.04百分比左右的极低浓度的氢气。
上述氢气传感器可活用来作为燃料电池车的室内传感器、医疗用氢气传感器(口腔内的氢气检测)。
另外，若使用选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳C2相对于混合碳C的重量百分比X在0＜X＜50的范围，更优选在20≤X≤40的范围混合而成的基材，构成检测部，则可确保在没有氢气的存在下的输出稳定性，并且可适度地检测出4百分比以上的高浓度的氢气。
上述的氢气传感器系例如可活用来作为氢气站等定置用氢气传感器、燃料电池车的氢气贮存钢瓶附近、燃料电池周边的气体泄漏检测器。
即，根据氢气的目标检测浓度范围，制作调整了选自由碳纳米管、石墨、纳米碳及炭黑构成的组中的碳，与选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳的混合比的基材，由此可确保在没有氢气的存在下的输出稳定性，并能够以适当的灵敏度正确地检测出氢气浓度。
基材23经过如下的工序来制造：使固体高分子电解质S溶解于异丙醇等醇系溶剂形成固体高分子电解质溶液，在该固体高分子电解质溶液中混入规定量的包含选自由上述碳纳米管、石墨、纳米碳、炭黑构成的组中的至少一种以上的碳C1，和选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳C2的规定重量比的混合碳C的工序；在固体高分子电解质溶液中分散混合碳C的分散处理工序；在分散处理之后利用浇铸等成形为规定形状的成形工序；加热干燥所成形的基材以除去溶剂的加热干燥工序。
也可使用水-二甲基甲酰胺(DMF)等显示极性的有机溶剂取代醇系的溶剂。
另外，向固体高分子电解质溶液中分散碳C1及碳C2的方法，可采用公知的方法。可例示如搅拌器、油漆摇晃器、均质器、超音波分散等，但不限于此。
在加热干燥工序中，优选以碳C调整成规定的分散状态的方式，依据溶剂的组成，基于固体高分子电解质与碳的重量比等来调整加热时间及加热温度。如图17所示，按照与固体高分子电解质溶液比重相等或比固体高分子电解质溶液比重小的碳C1加热干燥后均等地分散于基材的方式；或比重大于固体高分子电解质溶液的碳C2加热干燥后分散于基材的一个侧面(通常为下面)侧的方式，来调整加热时间及加热温度，可得到较佳的特性。
即，在形成为薄膜状的基材23中优选具有：与固体高分子电解质溶液比重相等或比固体高分子电解质溶液比重小的碳C1朝向基材23的膜厚方向均等地分散；比重大于固体高分子电解质溶液的碳C2朝向基材23的膜厚方向下侧分散而成的双层结构。
若在电解质膜中可确保如上所述地分散有碳的状态，则固体高分子电解质与碳的配合比并无特别限制，但优选为10∶1～10∶10。
基材23在具有如上所述的双层结构时，优选在上层侧形成催化剂层3，但也可在下层侧形成催化剂层3。
本发明人等经深入研究，结果发现：若作为碳选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组时，如图22(a)所示，可对极低浓度的氢气感应，但或许是因为对高浓度的氢气发生饱和无法检测出正确的浓度、或因为阻抗高，在无氢气的存在下初期输出变动，具有稳定性低的倾向。
另外发现：作为碳，选自由碳纳米管、石墨、纳米碳及炭黑构成的组时，如图22(b)所示，可确保在无氢气的存在下的输出稳定性，但不能显示无比较高浓度的氢气的灵敏度。
因此最终得出了下述见解：若使用在固体高分子电解质中混合选自由碳纳米管、石墨、纳米碳、炭黑构成的组中的至少一种以上的碳，和选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳而形成的基材来构成检测部，则可确保在无氢气的存在下的输出稳定性，并且通过调整选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳相对于所混合的全碳的混合比率，即重量百分比X，可适当地调整对氢气的灵敏度。
进而，通过使用在固体高分子电解质溶液中混入对于该固体高分子电解质溶液的溶剂分散性不同的二种碳材料而形成的基材，可形成各碳材料的分散性不同的双层构造的基材。
例如，基材23经如下的工序来制造：使在固体高分子电解质溶液中以规定重量比混入对溶剂的分散性不同的二种碳材料的工序；在固体高分子电解质溶液中分散碳的分散处理工序；在分散处理之后通过浇铸等成形为规定形状的成形工序；加热干燥所成形的基材而除去溶剂的加热干燥工序。
依照所使用的溶剂的种类，可分成分散性高的碳材料的组和分散性低的碳材料的组。
就对溶剂的分散性不同的二种碳材料而言，明确地显示比较佳的结果的组合，可采用选自由上述碳纳米管、石墨、纳米碳及炭黑构成的组中的至少一种以上的碳C1，与选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组的至少一种以上的碳C2的组合。
通过使用上述基材，可与上述同样地适当调制对氢气的灵敏度。而且，此时，固体高分子电解质溶液的溶剂可使用醇系的溶剂、或二甲基甲酰胺(DMF)等极性有机溶剂。
《实施例3：使用含碳固体高分子电解质作为基材的第二构成》
实施例3-1：准备使用醇系溶剂的固体高分子电解质溶液(品名：Poly(styrene-ran-ethylene)，sulfonated，5wt％ solution in 1-propanol)(Aldrich公司制)，C60，C70混合富勒烯(品名nanom mix ST-F)(Frontier Carbon株式会社制)、碳纳米管(品名C100)(从山本通产株式会社购入)。在固体高分子电解质溶液4g中，加入按照下述方式调整而成的多组的混合碳C，用搅拌器搅拌1小时，所述方式为以富勒烯C2及碳纳米管C1的质量总和为0.08g，如图19(a)所示，富勒烯C2相对于全碳C的重量百分比X在从0至100的范围内为规定的混合比率。
搅拌结束后，使分散有碳的固体高分子电解质溶液分别流入3cm×3cm的SUS制的模具，以90℃干燥2小时，使溶剂蒸发，形成基材。
干燥后，从模具剥取基材，对浇铸表面溅射铂Pt而制作检测部。溅射条件为Ar 20cc、RF 300W。溅射结束后，以各种检测部的大小为22mm×22mm的方式均一地切割。
如图18所示，用形成有多个细孔的铜镍制的一对电极4夹持形成有催化剂层3的基材23，进而用形成有多数开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5挟持，用螺丝固定板状体5，以此来制作氢气传感器1。
使1％的氢气分别与所试作的多个氢气传感器1接触，确认此时的氢气接触前后的输出变化。
图19(b)表示此时的输出特性，也即，输出特性相对于全碳C中的富勒烯C2的重量百分比X的图。
实施例3-2：准备固体高分子电解质溶液(品名：Poly(styrene-ran-ethylene)，sulfonated，5wt％ solution in 1-propanol)(Aldrich公司制)，C60、C70混合富勒烯(品名nanom mix ST-F)(Frontier Carbon株式会社制)，石墨(Lot.G60326)(Beijing Grish HitechCo.，Ltd制)。在固体高分子电解质溶液4g中，分别混入按照下述方式调整而成的多组混合碳C，用搅拌器搅拌1小时，所述方式为以富勒烯C2及石墨C1的质量总和为0.08g，并且如图20(a)所示，富勒烯C2相对于全碳C的重量百分比X在从0至100的范围为规定的混合比率。
搅拌结束后，使分散有碳的固体高分子电解质溶液分别流入3cm×3cm的SUS制的模具，以90℃干燥2小时，使溶剂蒸发，形成基材。
干燥后，从模具剥取基材，对浇铸表面溅射铂Pt而制作检测部。溅射条件为Ar 20cc、RF 300W。溅射结束后，以各种检测部的大小成为22mm×22mm的方式均一地切割。
与实施例3-1同样地如图18所示，用形成有多数细孔的铜镍制的一对电极4夹持形成有催化剂层3的基材23，进一步用形成多数的开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5挟持，用螺丝固定板状体5，以此来制作氢气传感器1。
使1％的氢气分别与所试作的多个氢气传感器1接触，确认此时的氢气接触前后的输出变化。
图20(b)表示此时的输出特性，也即，输出特性相对于全碳C中的富勒烯C2的重量百分比X的图。
如图19(b)、图20(b)所示，确认在实施例3-1、3-2的任一种情况下，全碳C中的富勒烯C2的重量百分比X不同，对氢气的灵敏度会发生变化。
在图19(a)、图20(a)的图中，虚线的箭号显示随着富勒烯的混合比率变大，输出正或负很高的初期电位，在稳定之前所需要的时间的状态。
继而，若使用分散有按照富勒烯C2相对于全碳C的重量百分比X为50≤X＜100的范围，更优选以65≤X≤85的范围混合而成的基材构成检测部，则可确认即使在没有氢气的存在下，输出也比较稳定，同时可灵敏度优良地检测极低浓度的氢气。
另外，若使用按照富勒烯C2相对于全碳C的重量百分比X为0＜X＜50的范围，更优选以20≤X≤40的范围混合而成的基材构成检测部，则可确保在无氢气存在下的输出稳定性，同时可确认可适度地检测出高浓度的氢气。
实施例3-3：准备固体高分子电解质溶液(品名：Poly(styrene-ran-ethylene)，sulfonated，5wt％ solution in 1-propanol)(Aldrich公司制)、钻石粉末(UFD-WP1)(Beijing Grish Hitech Co.，Ltd制)、石墨(Lot.G60326)(Beijing Grish Hitech Co.，Ltd制)。在固体高分子电解质溶液4g中，分别混入按照下述方式调整而成的多组混合碳C，用搅拌器搅拌1小时，所述方式为以钻石粉末C2及石墨C1的质量总和为0.08g，并且如图21(a)所示，以钻石粉末C2相对于全碳C的重量百分比X在从0至100的范围内为规定的混合比率。
搅拌结束后，使分散有碳的固体高分子电解质溶液分别流入3cm×3cm的SUS制的模具，以90℃干燥2小时，使溶剂蒸发，形成基材。
干燥后，从模具剥取基材，对浇铸表面溅射铂Pt来制作检测部。溅射条件为Ar 20cc、RF 300W。溅射结束后，以各种检测部的大小成为22mm×22mm的方式均一地切割。
如图18所示，用形成有多数细孔的铜镍制的一对电极4夹持形成有催化剂层3的基材23，进一步用形成有多数开口5a的丙烯酸树脂制的板状体5挟持，用螺丝固定板状体5，以此来制作氢气传感器1。
使1％的氢气与所试作的多个氢气传感器1接触，确认此时的氢气接触前后的输出变化。
图21(b)表示此时的输出特性，也即，输出特性相对于纳米钻石与石墨的混合比的图。
如图21(b)，可确认出利用全碳C中的纳米钻石C2的重量百分比X，确认出对于氢气的灵敏度变化。
在图21(a)的图中，虚线的箭号是显示随着纳米钻石的混合比率变大，输出正或负很高的初期电位，在稳定之前所消耗的时间的状态。
继而，若使用按照纳米钻石C2相对于全碳C的重量百分比X为50≤X＜100的范围，更优选在65≤X≤85的范围的方式混合而成的基材构成检测部，可确认即使在没有氢气的存在下，输出也比较稳定，同时可灵敏度优良地检测极低浓度的氢气。
另外，若使用按照纳米钻石C2相对于全碳C的重量百分比X为0＜X＜50的范围，更优选为20≤X≤40的范围的方式混合而成的基材构成检测部，可确保在没有氢气的存在下的输出稳定性，同时可确认可适度地检测出高浓度的氢气。
实施例3-4：在使用了以与实施例2-5同样的操作所得到的水-DMF溶剂的固体高分子电解质溶液0.5g中，混入碳纳米管(从山本通产株式会社购入的Ctube 100)0.1g、和富勒烯(Frontier Carbon株式会社制nanom mixST-F)0.1g，进行搅拌，与上述同样地制作氢气传感器。
在常温常湿环境(23℃55％RH)下，使浓度为100％的氢气40cc与氢气传感器1的形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器MULTIMETER VOAC 7411，可确认出从1μV变化成33mV。
实施例3-5：对实施例3-4中所得到的氢气传感器1的气体选择性进行评价。首先，与实施例3-4同样地使浓度为100％的氢气40cc与形成有催化剂层3的一侧的电极4a接触后，用测定器MULTIMETER VOAC 7411测定电压。其结果可确认出33mV的输出变化。
其次，使气体的种类依序改变成甲烷气体、一氧化碳气体、二氧化碳气体，对于各个气体，以与氢气相同的顺序测定电压。但对于任一种气体均无法确认输出。
由此结果可知，利用本实施方式的氢气传感器只能确认氢气的输出变化，可知气体选择性优良。
《实施方式4：使用碳化钼Mo2C作为催化剂的构成》
以下，使用具体的活用例说明在上述氢气传感器的催化剂层中可使用碳化钼Mo2C的例子。
可利用氢气传感器与控制部组合来作为对燃料电池系统的氢气传感器系统。此氢气传感器系统设置于邻接于燃料电池的燃料气体流通路径的位置，从流通路径所漏出的氢气在氛围中达到一定浓度例如爆炸临界的4％浓度的1/10即4000ppm以上时，依据检测此浓度的氢气传感器的输出，控制部对燃料电池系统的FC(Full Cell)控制部进行预告的用途。
如图23所示，氢气传感器1通过用电极对40挟设片状的检测部20的双面来构成。检测部20包含由固体高分子电解质膜200形成的基材、和形成于其单面的主面201a上的催化剂层30a。
固体高分子电解质膜200具有被催化剂层30a所分解的质子从主面201a朝向主面201b流通于膜中的作用，包含显示质子导电性的固体高分子电解质，且以厚约100μm、纵横5cm的大小成形为片状。
固体高分子电解质如上所述，除显示高质子导电性的全氟磺酸系、全氟碳酸系等全氟高分子材料以外，还优选烃系高分子材料。
催化剂层30a具有通过与氛围中的氢气接触从而具有催化氢分解反应的作用。此处代替昂贵的铂Pt，100％使用碳化钼Mo2C。具体而言，使用溅射法、EB法、CVD法、PVD法等薄膜形成法，Mo2C催化剂粒子300形成厚为4～60nm左右的膜。
电极对40包含：氢侧电极40a，其用于将催化剂层30a所产生的氢分解反应的起电力和其变化量取出至外部，并配设成接触于检测部20的催化剂层30a；以及配设成接触于固体高分子膜200的氧侧电极40b。就电极材料而言，可利用具有良好的导电性的金属材料、例如铜镍合金薄膜。
在电极40a、40b的主面被打穿成多个细孔410a、410b，这些细孔410a、410b沿着其厚度方向将氢气或含氧的气体(一般为空气)流通于检测部20，并且氢侧电极40a与检测对象气体(氢气)接触，氧侧电极40b与含有氧的气体接触。
电极只要朝向内部具有气体流通性且具有良好的导电性者即可，代替穿有细孔410a、410b的电极，例如也可以由金属多孔烧结体、碳纸、碳布等含碳纤维构成电极。碳纸、碳布等因为具有质子导电性以及特别良好的通气性，故优选作为电极材料。
就氢气传感器1的另一构成而言，如图24所示的氢气传感器1A那样，也可在电极40a、40b设置包含碳纸或碳布等的扩散层50。通过设有气体扩散层50a、50b，可分别从主面501a(主面501b)向氢侧电极40a侧(氧侧电极40b侧)有效地分散并供给氢气(空气)，可期待传感器1的良好作用。
另外，如图25所示的氢气传感器1B，也可在图23所示的氢气传感器1的电极40a、40b的外侧，进一步层叠具有用于促进气体流通的多个细孔610a、610b的多孔性板(此处，采用丙烯酸树脂板60a、60b)，使其主面601a、601b与电极40a、40b的主面401a、401b抵接而形成堆叠构造，并用螺丝70及螺帽71固定。
此处，代替氢气传感器1，也可用多孔性板夹持图24所示的氢气传感器1A而形成堆叠构造。按照上述方式，氢气传感器1B的处理变得容易，另外利用堆叠构造可产生能够层叠多个氢气传感器的优点。
进一步，在对置于氢气传感器1的电极40a、40b，或氢气传感器1A的气体扩散层50a、50b的邻接位置，如图26所示，优选也设有公知的清洁用风扇105a、105b。
风扇105a、105b通过另外设有的控制部100驱动控制。由此，可构成在氢侧电极40a侧使检测对象气体，在氧侧电极40b使含有氧的气体(一般为空气)分别连续地或间歇地进行吹送的送风机构，期待可促进利用氢气传感器1或1A的高精度的氢气的检测。
作为氢气传感器1的送风方法，可采用使检测对象气体及空气同时地送风的模式A；或使检测对象气体送风后，暂时停止动作，然后使空气送风的模式B。进一步，可采用使空气以一定压力送风，利用该空气压除去附着于传感器的气体扩散层等污垢、尘埃等，并除去滞留于传感器内的不需要的气体的模式C。此处，也可在模式A或模式B中组合模式C。
如图27所示，就用以监视氢气传感器1的检测信号的电压值或电流值之外部电路而言，控制部100连接于电极对40。控制部100组入CPU101及存储装置102。
CPU101依据储存于存储装置102的氢气传感器1的控制程序，监视来自氢气传感器1的检测信号，在一定的情况下对FC控制部传送预告信号以促进动作停止。另外，通过储存于存储装置102的风扇控制程序，依据上述的模式A～C来控制风扇105a、105b的驱动。
存储装置102储存：对氢气传感器1及风扇105a、105b的控制程序、有关对应于氢气传感器1的检测信号所显示的电流值或电压值的氢气浓度值的基准值信息，适宜地通过CPU101读出。
若氢气与氢气传感器1的催化剂层30a接触，则在包含碳化钼Mo2C的催化剂粒子300的催化剂作用下，氢分子H2发生分解反应而分解成质子与电子(H2→2H++2e-)。
此时所生成的电子经由连接于氢侧电极40a的外部配线而流出，将检测信号输入至控制部100的CPU101，可算出氢气浓度。
在氧侧电极附近所生成的水在氧侧电极40b和固体高分子电解质膜200的边界附近，一部分被蒸发消失，其余的一部分被供给至固体高分子电解质膜200用于湿润。由此，固体高分子电解质膜200中可持续良好的质子导电性。
以下，依据图28所示的流程图，说明氢气传感器系统的操作。
若燃料电池系统及氢气传感器系统被起动，则利用CPU101实施控制数据等的初期化处理，此时标记(Flag)设定于0(S1)。其后，用CPU101连续地读取来自氢气传感器1的检测信号(S2)、该检测信号的值与预先储存于存储装置102的基准值(氢气浓度4000ppm以下时的传感器1的电流值或电压值)相比较，判断通过氢气传感器1所检测出的氢气浓度是否在安全范围(S3)。
若通过CPU101判断氢气浓度在安全范围内，然后判断是否标记被设定为1(S4)，若标记为被重设定为0的状态，则再返回工序S2。这样，若检测信号为安全范围值，则通过CPU101重复工序S2～S4的控制流程。
若通过CPU101判断氢气浓度超过安全范围(S3)，则标记被设定于1(S5)，对燃料电池系统侧的FC控制部输送预告信号(S6)。依使用者对于燃料电池系统采取任何的措施，反复S2～S6的控制流程直至判断氢气传感器1的检测信号所显示的氢气浓度返回至安全范围(S3)。
然后，通过CPU101判断氢气浓度返回安全范围时(S3)，若标记为1(S4)，则结束控制流程而停止氢气传感器系统。
若产生预告信号出现的状态，使用者或FC控制部为了进行点检或安全确保等使燃料电池系统停止。
想到图28所示的控制流程中，若控制部100对FC控制部输送氢气泄漏的预告信号，则利用FC控制部可停止控制燃料电池系统，燃料电池系统未停止时，省略S1、S4、S5的各工序，氢气传感器系统的起动中为了经常监视氢气浓度，反复工序S2、S3、S6的控制流程。
以下，就构成催化剂层30a的催化剂而言，说明有关使用碳化钼Mo2C时的优点。
碳化钼Mo2C相较于以往被泛用作为催化剂的铂pt是非常廉价的材料，具体而言，在溅射装置所使用的溅射靶的市售价格为铂Pt的1/20左右。
因此，将碳化钼Mo2C作为铂pt的替代催化剂而使用于催化剂层的材料时，使用铂Pt时更能够急速地降低氢气传感器的制造成本。由此，具有较以往而言可急剧地提升氢气传感器的生产性的优点。
也可容易地研究若采用碳化钼Mo2C作为催化剂，增加使用于氢气传感器的催化剂量。
一般，氢气传感器的气体检测性能与氢气接触的催化剂面积成比例，故可通过增加催化剂量而提升气体检测性能。也即，增加催化剂的使用量，扩大与催化剂的接触面积，即可检测高精度的氢气。
进一步，假如即使相较于铂Pt而碳化钼Mo2C的催化剂性能稍降低，但由于为廉价的碳化钼Mo2C，则通过增加催化剂量，也可容易地补催化剂性能的差。
例如，如图29所示的氢气传感器1C那样，可在固体高分子膜200的双面402a、402b分别配设载持碳化钼Mo2C的催化剂层30a、30b。电极40a、40b均以阳极的形式构成，在固体高分子电解质膜的端部另外配设阳极40c，占有形成于固体高分子膜200的双面的很大面积的催化剂层区域成为氢检测区域。
也即，通过使用廉价的碳化钼Mo2C作为催化剂，就价格的观点出发，无使用量的限制，也可期待并不逊色于铂Pt的催化剂性能的发挥。
进一步，若通过使用廉价的碳化钼Mo2C作为催化剂，也具有较使用以往的铂Pt的特性更能改善氢气的检测特性的优点。
若铂Pt接触于氢气，则呈现优异的催化剂作用，相反地，若一旦产生氢分解反应，其后会显现反应继续的特性。因此，在使用铂Pt作为催化剂的氢气传感器中，若一旦检测出氢气，其后也继续引起与残留于周围的氢发生的不需要的氢分解反应，故即使氢气的浓度降低，该氢气传感器的输出程度也不会迅速地降低。
若根据本案发明人等的实验，利用Nafion膜作为固体高分子电解质膜，在以30秒的溅射使铂Pt蒸镀的氢检测器中，接触于100％浓度的氢气时，重设氢气传感器而再使用，故将恢复为一般状态的降下时间成为10分钟左右，造成时间的浪费。
对此，使用碳化钼Mo2C的氢气传感器中，在不与氢过剩地反应的情况下，与氢气接触后，数秒中即可恢复为通常的输出状态。也即，就具有优异响应性的氢气传感器而言，具有极高的实用性，由此可利用来作为高浓度的氢气传感器。
另外，若使用铂Pt作为催化剂，则催化剂表面被附着于催化剂表面的一氧化碳所覆盖，催化剂活性降低。产生所谓「CO中毒」的问题已为人知。上述CO中毒的问题夺取催化剂的活性，降低作为氢气传感器的适当的检测性能。
但，使用碳化钼Mo2C作为催化剂时，与铂Pt相比由CO中毒引起的活性降低影响小，具有可防止上述CO中毒所产生的氢检测性能降低的优点。因此，即使CO易接触氢气传感器的环境例如使用甲烷等可燃气体燃料作为氢源的燃料电池车配设氢气传感器时，在稳定地检测氢气的点的方面有用性极高。
若根据本发明，可降低氢气传感器本身的制造成本，并可实现传感器制品的低价格化。因此，就各种氢能量系统的安全对策而言，很容易应用该氢气传感器，例如，可增加配设于例如燃料电池系统的氢气传感器的个数或配设场所，故可谋求更积极的安全对策。
进一步，若根据本发明，因使用薄膜形成法使包含碳化钼Mo2C的催化剂层成膜，故在制造方面也具有很大的优点。也即，在本发明中，优点为使用经过干式的成膜过程的薄膜形成法，与使用前体的湿式法相比更简单，也可避免废液处理的问题。
在湿式法中为了得到碳化钼Mo2C，例如记载于日本特开2005-38818号公报的那样，通常为使氧化合于钼材料而生成氧化钼(Mo+1/2O2→MoO)，再使甲烷气体等可燃气体起泡而得到碳化钼Mo2C的制法。
但，在本发明的薄膜形成法中与上述的湿式法不同，准备碳化钼Mo2C溅射靶，在真空室内仅对固体高分子膜直接溅射该溅射靶即可形成催化剂层。因此不须考虑前体或可燃气体等调度或制造成本，具有非常有效地制造的优点。另外，可防止在制造过程中所产生的CO附着于催化剂，故也具有可完全地避免CO中毒的问题的优点。
在本实施方式中，作为基材，例示采用包含在实施方式1所说明的固体高分子电解质的基材的构成，对采用碳化钼Mo2C作为催化剂的氢气传感器进行说明，但就基材而言，即使在采用包含在上述实施方式2及实施方式3中所说明的含碳固体高分子电解质的基材的情况下，也可采用碳化钼Mo2C作为催化剂，也可发挥同样的效果。
《实施例4：使用碳化钼Mo2C作为催化剂的构成》
实施例4-1：对于采用碳化钼Mo2C作为催化剂的氢气传感器(以下记为「实验试样」)、和采用铂Pt作为催化剂的氢气传感器(以下记为「比较试样」)这两者，确认氢气检测时的起电力的变化量、也即过渡响应特性。
采用Nafion 112膜(Dupont公司制)(以下，称为「Nafion膜」)作为固体高分子电解质，用滤纸上下夹持该膜，使加热至110℃的烫斗上下各抵压3秒除去表面多余的水分，其后，在该Nafion膜的单面通过溅射形成碳化钼Mo2C的催化剂层，制作实验试样1的氢气传感器(溅射条件：Ar20cc/分，RF 300W，基材旋转速度1.6rpm、溅射时间90秒，溅射膜厚60nm)。
另外，就比较试样而言，在实施了水分除去的另一Nafion膜的单面，以与上述同样的条件进行溅射，制作由铂Pt形成催化剂层的氢气传感器。
其次，使所制作的实验试样1及比较试样的各氢气传感器的双面，用中心部被穿孔的SUS板的甜甜圈型电极夹持，设定成连接于数字复计测器(IWATSU VOAC 7411)来测定电压变化的状态。
以此状态，使用塑料注射器计量40cc的纯氢，向用甜甜圈电极所夹持的各氢气传感器的催化剂层吹氢气。确认此氢气接触前后的各电压值和其电压变化量ΔV。
实验4-2：对于实验试样1与比较试样两者的氢气传感器，研究由催化剂层的CO中毒所造成的催化剂活性的降低。
使上述的实验试样1及比较试样的氢气传感器分别置入另一栓紧式聚乙烯袋，除去空气。其后，在各聚乙烯袋内从栓紧入口加入99.9％浓度的一氧化碳气体，袋子由于气体压力而膨胀，形成催化剂层的表面可充分接触一氧化碳气体的状态。其后，封闭栓紧口，以密闭的状态放置30分钟。
其后，从各袋子取出实验试样1及比较试样的氢气传感器。继而，与实验试样1同样地用电极夹持，用数位复计量器确认氢气接触前后的各电压值和其电压变化量ΔV。
将实验4-1及4-2的结果表示于表1。
〔表1〕
Figure A20088000202200351
实验4-3：然后，对于固体高分子电解质膜的双面，分别研究由碳化钼Mo2C形成催化剂层时的氢气检测时的起电力变化量。
通过与实验4-1同样的方法，准备除去水分的Nafion膜。对其双面，依序进行溅射，形成包含Mo2C的催化剂层(溅射条件：Ar 20cc/分，RF300W，基材旋转速度1.6rpm、溅射时间90秒，溅射膜厚60nm)。以此作为实验试样2。
其后，使实验试样2依据与实验4-1同样的方法，在用电极夹持比国内连接于数字复计测器(IWATSU VOAC 7411)的状态下，吹附氢气。由此确认氢气接触前后的电压变化量。
将实验4-3的结果示于表2中。
〔表2〕
Figure A20088000202200361
考察：由实验4-1的结果，如表1所示，可知以碳化钼Mo2C作为催化剂的实验样品1的起电力变化量ΔV与以铂Pt作为催化剂的比较样品的起电力变化量ΔV相比，为1/20以下的小值。虽然由于催化剂种的差而具有如此的输出差，但在实验试样1中就绝对值而言可得到20mV的起电力变化量ΔV，若为此值，可充分利用作为氢气传感器的检测信号，不会成为实用上的问题。
实验4-2的结果，如表1所示，可确认对于实验试样1的CO中毒后的起电力变化量ΔV，与实验4-1所得到的通常的起电力变化量ΔV相比较，完全不降低且非常稳定。
另外，在比较试样中，可知因铂Pt受到CO中毒，起电力变化量ΔV降低40mV左右。如上所述，铂Pt通常具有高的催化剂性能，起电力变化量ΔV的绝对值比较大，但与CO接触，其性能受损很大，可确认催化剂性能可受环境变化而变动。
也即，可确认使用碳化钼Mo2C作为催化剂的氢气传感器，发挥几乎不受CO中毒的不良影响并稳定的特性，且即使检测信号也具有呈现充分的起电力变化量ΔV的优点。
另外，实验4-3的结果，可确认通过在Nafion的双面形成由碳化钼Mo2C形成的催化剂层，起电力变化量ΔV增加。在实验试样2中，因催化剂的使用量增加，故伴随该现象氢分解反应的机会增大。碳化钼Mo2C系与铂Pt相比，具有非常低的成本，故即使增加所载持的催化剂的使用量，也具有以低成本容纳的优点。
另外，在实验4-3中，用一对甜甜圈型电极夹持实验试样2的氢气传感器，并连接于数字复计量器，故推测在实验试样2的两催化剂层中的催化剂反应如何进行。
根据本发明人等的另一实验，确认在Nafion膜的双面溅射铂Pt催化剂层的构成与实验4-3同样，输出变高。此时，阳极侧的铂Pt催化剂与氢接触从而显示质子化的催化剂效果。相反地，推测阴极侧的铂Pt催化剂与空气中的氧反应，具有使氧进行阴离子化的催化剂功能(O2+4e-→2O2-)。也即，若在Nafion膜的双面设有催化剂层，通过阴极侧的反应被活性化，即可促进水生成反应，由此谋求输出的增大。
依据该考察，认为即使在实验4-3中的实验试样2中，通过使碳化钼Mo2C催化剂层形成于Nafion膜的双面，也可以与上述同样的原理谋求输出的增大。也即，认为与铂Pt催化剂同样地在阴极侧设有包含碳化钼Mo2C的催化剂层，具有并不逊色于铂Pt催化剂性能，并可发挥良好的输出。
根据上述的各实验，可确认使用碳化钼Mo2C作为催化剂的优异性。
在上述的各实验中，例示100％使用碳化钼Mo2C形成催化剂层的构成，但也可与其它的催化剂混合使用。在此情况下，可得到伴随使用替代铂Pt的催化剂的碳化钼Mo2C的使用量的催化剂效果。
就与碳化钼Mo2C混合的其它催化剂而言，铂Pt之外，可举例如选自金、银、铱、钯、钌、锇、镍、钨、钼、锰、钇、钒、铌、钛、氧化锆、稀土类金属等的中的一种以上。
在上述实施方式中，就构成氢气传感器的基材而言，对使用显示质子导电性的固体高分子电解质的构成的情况进行说明，但就固体高分子电解质而言，不限于此等，也可使用显示如离子交换膜的离子透过性的物质。例如，株式会社Astom公司的Neosepta薄膜等。
虽然对以上的多个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些具体的构成，在不超出本发明的技术范围中可适当变更而实施。另外，各实施例也可在不矛盾的范围内相互组合。
产业上的利用可能性
本发明的氢气传感器可例如在汽车用、设施用、携带用燃料电池系统中，作为检测氢气泄漏的检测器而利用。

Claims (13)

1、一种氢气传感器，
其具有在包含固体高分子电解质的基材的一个侧面形成有催化剂层的检测部。
2、如权利要求1所述的氢气传感器，其中，
所述基材包含分散有碳的含碳固体高分子电解质。
3、如权利要求1或2所述的氢气传感器，其中，
所述基材包含在固体高分子电解质中分散有下述碳材料的含碳固体高分子电解质，所述碳材料包含选自碳纳米管、富勒烯、石墨、纳米碳、炭黑中的一种以上。
4、如权利要求1所述的氢气传感器，其中，
所述基材包括下述含碳固体高分子电解质，所述含碳固体高分子电解质在固体高分子电解质中混合有选自由炭黑、石墨、纳米碳及碳纳米管构成的组中的至少一种以上的碳材料，以及选自由炭黑富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上的碳材料。
5、如权利要求4所述的氢气传感器，其中，
根据氢气的目标检测浓度范围来调整下述碳材料相对于混合于所述基材中的全碳的混合比，所述碳材料为选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的至少一种以上。
6、如权利要求4所述的氢气传感器，其中，
选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳相对于混合于所述基材中的全碳的重量百分比X在50≤X＜100的范围内。
7、如权利要求4所述的氢气传感器，其中，
选自由富勒烯、纳米钻石及纳米多孔碳构成的组中的碳相对于混合于所述基材中的全碳的重量百分比X在0＜X＜50的范围内。
8、如权利要求2～7中任一项所述的氢气传感器，其中，
所述含碳固体高分子电解质包含下述固体高分子电解质，所述固体高分子电解质是在固体高分子电解质溶液中分散所述碳材料，并成形为规定形状后经加热干燥而成的。
9、一种氢气传感器，
其具有包含下述基材和形成于该基材的一个侧面的催化剂层的检测部，所述基材包含在固体高分子电解质溶液中混入对该固体高分子电解质溶液的溶剂分散性不同的两种碳材料而形成的含碳固体高分子电解质。
10、如权利要求1～9中任一项所述的氢气传感器，其中，
所述催化剂层包括通过与氢气接触而具有催化剂功能的金属或合金、具有催化剂活性的有机金属、或有机物。
11、如权利要求1～9中任一项所述的氢气传感器，其中，
所述催化剂层包括通过与氢气接触而具有催化剂功能的含碳化钼的材料。
12、如权利要求10或11所述的氢气传感器，其中，
所述催化剂层是使用溅射法、离子束法、涂布法及蒸镀法中的任一种薄膜形成法，由担载于所述基材的一个侧面的催化剂形成的。
13、如权利要求1～12中任一项所述的氢气传感器，其中，
所述检测部与具有通气性的电极接合。
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