2019 Fiscal Year Research-status Report
大気圧ヘリウムプラズマ照射を援用した光触媒反応向上による水素発生プロセスの開発
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18K04793
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| Research Institution | Hyogo Prefectural Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柴原 正文 兵庫県立工業技術センター, その他部局等, 主席研究員 (80470219)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 雄司 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10525786)
本田 幸司 兵庫県立工業技術センター, その他部局等, 主任研究員 (20553085)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 酸化チタン / 表面改質 / 大気圧プラズマ / 光触媒 / 可視光応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化チタンに代表される光触媒は、環境に優しくクリーンかつ安定供給が持続可能なエネルギー変換材料である。しかし、酸化チタンは、太陽光エネルギーの約4%を占める紫外光成分のみに光触媒作用を起こすため、非常に効率が悪い。そこで、可視光成分に応答するように、酸化チタンに不純物をドープして不純物準位を発現させてバンドギャップを狭小化する方法が研究されてきた。本研究では、高圧・高密度のヘリウムプラズマを照射して酸化チタンに微細な表面構造を創製し、さらに水素プラズマを照射して表面改質を施すと酸素欠損型光触媒が創製されるものと考えた。計画当初は、アーク放電式大気圧プラズマジェット照射装置を導入して、反応ガス供給ポートとプラズマジェット照射直下を高温化するハロゲンランプ光源を追加設置して表面改質の環境を創製する計画だった。しかし、当該装置が入手困難なため、代替えとして既存のチャンバー方式大気圧プラズマ発生装置の活用に変更した。同装置内で発生するプラズマは、VHFで励起した誘電体バリア放電プラズマであるため、試料表面へプラズマ中の正イオンを大量に引き寄せることができない。そこで、試料台にバイアス電圧を印加することを検討した。絶縁性の酸化チタンには、試料台に負直流バイアスをに印加しても効果は薄いことから、RFバイアスを試料台に印加して正イオンを試料表面に引き寄せるとともに、VHFプラズマ中にRFプラズマを重畳してラジカル発生量を増加させる効果が大いに期待できると考えて、装置改造を行った。具体的には、RF・直流バイアスを印加する供給ライン（RF・直流の混合器、VHFの遮蔽フィルター、RFマッチング器）と、チャンバーアースからRF・直流を遮断するライン（試料台を絶縁材料で再製作、VHF用シールド板、RF・直流の遮蔽フィルター）を設計製作した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
RF・直流バイアスを印加する供給ライン（RF・直流の混合器、VHFの遮蔽フィルター、RFマッチング器）と、チャンバーアースからRF・直流を遮断するライン（試料台を絶縁材料で再製作、VHF用シールド板、RF・直流の遮蔽フィルター）を自主設計して、外部業者に製作を依頼した。その納品が計画より2ヶ月大幅に遅れた。納品機材を組み上げ実験着手する段階になって、新型コロナウイルス感染症対策により在宅勤務が強いられたため、実験着手が1.5ヶ月さらに遅れた。
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| Strategy for Future Research Activity |
検討する項目
１．二酸化チタン粒子に、大気圧のヘリウムプラズマを照射することで、粒子表面に微細構造を創製できるかを究明する。
２．続けて、二酸化チタン粒子に、大気圧の（水素あるいはアンモニア）プラズマを照射することで、粒子表面が還元して可視光応答性が発現する酸素欠損型の光触媒を創製できるかを究明する。
最終な目標
光触媒から作製した光電極を水素発生システムに適用して、水の光化学的分解反応の基本性能を評価することで、水素社会の実現可能性を探求する。
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| Causes of Carryover |
プラズマ照射直下を高温化するハロゲンランプ光源を追加設置して表面改質を高活性化する環境を創製する計画だった。しかし、年度内に当該装置の仕様作成および導入まで至らなかった。
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