2018 Fiscal Year Research-status Report
イオン穿孔技術を用いた光触媒ナノコーンアレイの開発
| Project/Area Number |
18K11936
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
越川 博 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員(定常) (00354936)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
臼井 博明 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60176667)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | イオン穿孔 / ナノコーン / 光触媒 / 二酸化チタン / ポリカーボネート / テンプレート / 電気泳動電着 / スパッタ蒸着 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、太陽光を完全吸収できる構造としてナノサイズのコーン状突起から構成されるナノコーンアレイに着目し、イオン照射と化学エッチングの組み合わせにより、高分子膜にイオン一つの軌跡に沿った円すい形状のナノ穿孔を形成し、これをテンプレートとした光触媒ナノコーンアレイの作製技術を確立し、光吸収率と反応効率の高い水素製造膜の開発をめざしている。今年度は、電極として用いるPtのスパッタ蒸着と電気泳動電着法を組み合わせた方法を検討した。具体的には、以下の通りである。
ポリカーボネート(PC)膜(膜厚50 μm)に、150 MeV 40Arイオンを3.0×10^7 ions/cm^2のフルエンスで照射した。60℃の4 mol/L水酸化ナトリウム溶液でエッチングした。次に、穿孔の開口部から内部にPtをスパッタ蒸着した後、酸化チタン懸濁液を用いて電気泳動電着法により酸化チタンを堆積させた。得られたPC-酸化チタン複合体のＸ線回折分析により、堆積物の結晶構造を評価した。また、PCをNaOH溶液で溶解し、走査型電子顕微鏡(SEM)により形状観察した。
SEM観察により、20～50 minの化学エッチングで表面孔径が1μmまでの穿孔が得られた。断面SEM像より、孔径380 nm、深さが2.6 μmの円すい型の穿孔が観察され、ナノスケールの孔径制御が可能なことを確認した。これらの穿孔に白金スパッタ蒸着及び電気泳動電着により酸化チタンを積層し、PC膜を除去すると表面形態が平滑で穿孔形状が一致した底面直径1.3 μm、高さ3.9 μmのナノコーン構造が確認できた。X線回折パターンよりアナターゼ型とルチル型の両方の結晶構造を持つ酸化チタンナノコーンが作製できることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
TiO2ナノコーンの作製に成功し、その成果について学会発表も行っており、研究は予定通りに進捗している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
作製したナノコーンアレイに水中で疑似太陽光を照射し、水素製造実験を行う。水素発生量から変換効率を算出し、ナノコーンアレイ形状の最適化及び光触媒材料の最適化を行う。
構築した光触媒ナノコーン構造の機能を高めるため、有機色素を吸着させ、色素増感効果を検討する。光吸収効率が高く、光触媒への電界分離・移動が容易であり、太陽光スペクトルとの親和性に優れ、ナノコーン構造への吸着性に優れた色素を探索する。
|
| Causes of Carryover |
シミュレーションソフトの購入を次年度にしたため。
|
