2022 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

Research Project

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, 生産技術部, 部次長 (80470219)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大久保雄司大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10525786) 本田幸司兵庫県立工業技術センター, 材料・分析技術部, 主任研究員 (20553085)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2024-03-31
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られる。本研究では、酸化チタン表面に微細構造を創製して酸化チタンの表面積を増加させるとともに、その表面に水素プラズマ処理を施して酸素欠損型光触媒を作製させて、可視光応答光触媒反応の発現を確認する。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。しかし、既設する高速回転球電極を用いた実験では、プラズマが球電極直下後方に楕円状の狭小領域で生じるため、反応ガスの流入量が少なく実験条件の最適化精査は困難と考えた。そこで、長尺のロッド状電極を試料表面に対向設置させると反応ガスの流入量も多く一様なプラズマの領域発生が期待できることから、当該構造の新規製作を行った。長尺ロッド電極を使用することで、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	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 本年度前半では、既設する高速回転球電極を用いた実験を行った。しかし、球電極直下後方に楕円状の狭小領域で生じるプラズマでは、反応ガスの流入量が少なく実験条件の最適化精査は困難との考えに至った。そこで、長尺のロッド状電極を試料表面に対向設置させると、反応ガスの流入量も多く一様なプラズマの領域発生が期待できることから、当該構造の新規製作を行った。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ために、アダプター機能を整備完了するのに長時間を要した。そして、両膝疾患による手術入院のために、本年度後半の半年間に渡って病気休暇が必要となったため、研究進捗が大幅に遅れた。
Strategy for Future Research Activity	本事業の1年間期間延長が承認された。長尺ロッド電極を使用することで、プラズマ発生領域に対して温度や発光分光の観察が容易となる。そこで、発光分光温度測定器と発光分光分析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。プラズマ発生領域に対して発光分光分析と発光分光温度測定を行って、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、酸化チタン表面に微細構造の創製ならびに酸素欠損型光触媒創製の可能性を究明していく。
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。また、両膝疾患による手術入院のために、本年度後半の半年間に渡って病気休暇が必要となったため、研究進捗が大幅に遅れた。本事業の1年間期間延長が承認された。プラズマ発生領域に対して発光分光分析と発光分光温度測定を行って、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、酸化チタン表面に微細構造の創製ならびに酸素欠損型光触媒創製の可能性を究明していく。