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

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04793
• Research Institution: Hyogo Prefectural Institute of Technology
• Principal Investigator: 柴原 正文 兵庫県立工業技術センター, その他部局等, 部次長 (80470219)
• 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)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

従来から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。高圧・高密度のヘリウムプラズマを酸化チタンに照射して微細な表面構造を創製して、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。本研究で使用したプラズマ処理装置は、真空チャンバー方式のVHF励起で発生する誘電体バリア放電プラズマを用いた既存品であり、印加電極に高速回転する球電極が設置されていた。そこで、絶縁性の酸化チタン試料表面へプラズマ中の正イオンを大量に引き寄せるRFバイアスの印加機構（VHF遮蔽フィルター、RFマッチング）とRFのアース遮蔽機構（絶縁材料製試料台、VHF用シールド板）を新規設計・製作した。VHFプラズマ中にRFプラズマを重畳することで、ラジカル発生量の増加を狙った。先ず、アンモニアプラズマによる酸化チタンの窒化効果を検証した。高速回転する球電極を用いたため、球電極頭頂下のプラズマは後方に末広がり楕円状の狭小領域に発生する。領域内の試料表面についてXPS分析ならびにプラズマインジケータによる化学特性を評価した結果、電極頭頂下近傍での窒化反応を確認する事が出来なかった。球電極頭頂下への反応ガスの流入不足が要因であり、球電極使用では実験条件の最適化精査は困難と考えた。長尺のロッド状電極を試料表面に対向設置し印加すると、一様なプラズマ領域の発生が期待できる。そこで、当該の新規構造を製作する事にした。また、長尺ロッド電極を使用する事で、プラズマ発生領域に対して発光分光観察が容易となる。そこで、発光分光分析器と発光分光温度測定器のファイバーセンサーを真空チャンバー内に導入するアダプター機能を整備した。今後、プラズマ発生領域の化学組成や表面温度を、プラズマ処理条件の最適化に活用していく。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度前半は既設された球電極を使用して、球電極頭頂下の狭小部に発生するプラズマ領域に曝露された試料表面についてXPS分析ならびにプラズマインジケータによる化学特性を評価した。しかし、データ整理ならびに検証に長時間を要した反面、プラズマ処理条件の最適化に活用する事が出来なかった。球電極頭頂下への反応ガスの流入不足が要因であり、球電極使用では実験条件の最適化精査は困難と結論づけた。そこで、長尺のロッド状電極を試料表面に対向設置し印加する電極構造を新規製作する事にした。また、プラズマ発生領域に対して発光分光分析器と発光分光温度測定器のファイバーセンサーを真空チャンバー内に導入するアダプター機能を整備完了するのに長時間を要したため、研究進捗が遅れた。

Strategy for Future Research Activity

新規製作した長尺ロッド状電極を使用して、プラズマ発生領域に対して発光分光分析器と発光分光温度測定器による化学組成や表面温度の実験データを、プラズマ処理条件の最適化に活用して研究を推進していく。

Causes of Carryover

新規製作した長尺ロッド状電極を使用して、プラズマ発生領域に対して発光分光分析器と発光分光温度測定器による化学組成や表面温度の実験データを、プラズマ処理条件の最適化に活用して研究を推進するまで至らなかった。