2019 Fiscal Year Research-status Report
光殺菌を指向したＬＥＤ照明応答型Ｂｉ系/Ｆｅ系酸化物ヘテロ接合型光触媒の創製
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19K05067
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
小畑 賢次 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (70370046)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80229476)
水野 康平 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (80342583)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 光殺菌 / Bi系複合酸化物 / Fe系複合酸化物 / 可視光応答 / LED / MgFe2O4 / Bi2O3 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高い酸化活性を有するBi系酸化物と高い還元電位を有するFe系酸化物をヘテロ接合することでZスキーム型光触媒を構成し、LED照射下で高い光殺菌活性を示す光触媒を開発するものである。具体的には、①Bi系酸化物のバンド構造制御と微細構造制御、②Fe系酸化物のナノ粒子化と微細構造制御、③Bi/Feヘテロ接合型光触媒による光触媒活性および光殺菌試験の実施である。
令和元年度の研究では、Bi2O3への異種元素添加効果の検討，MgFe2O4へのLa添加効果の検討，WO3による光殺菌プロセスの解明に重点をおいて実施した。遷移金属（Fe，Mn，Mo，W）を添加したBi2O3について、第一原理バンド計算を実行したところ、遷移金属を添加するとバンドギャップ中に新しいエネルギー準位が形成されることがわかった。遷移金属を添加したBi2O3を用いて、LED照射下でメチレンブルー(MB)分解法による光触媒活性試験を行ったところ、Feを添加したBi2O3を除いて、いずれの試料もMB分解特性を有し、特にWやMoを添加した試料が高い光分解活性を示した。次に、MgFe2O4にLaを添加し、添加前後において、MgFe2O4の結晶子径，格子歪，微細構造変化を調査した。XRD測定から、異種元素としてLaをMgFe2O4 に添加すると結晶格子の歪を引き起こし、結晶子成長が抑制されてナノ粒子が得られることがわかった。また、Laを2.5mol%以上添加したMgFe2O4（n型半導体）で半導体式ガスセンサを作製し、CO濃度変化に対する電気抵抗変化を調べたところ、電気的挙動はp型半導体と類似していた。さらに、殺菌プロセスを確認するために、可視光応答型光触媒にWO3を用いて大腸菌に対する殺菌効果を調べたところ、可視光照射で生成した活性酸素種（H2O2あるいはヒドロキシラジカル）に光殺菌効果があることが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①Bi系酸化物化合物（Bi2O3）について異種元素（Fe, Mo, Mn, W）添加とバンド構造との関係性を明らかにし、LED照射下での光触媒活性試験を実施している。②Fe系酸化物酸化物（MgFe2O4）に異種元素（La）添加による微細化のメカニズムついて明らかにしている。③可視光応答型光触媒（WO3）による光殺菌プロセスについて明らかにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年度以降は、元年度の研究計画を継続して、Bi系複合酸化物（BiVO4, Bi2WO6など）について、異種原子添加によるバンド構造制御及び微細化を図る。Fe系複合酸化物（MgFe2O4, ZnFe2O4など）について、異種元素添加による微細構造制御及び電気的特性の評価を行う。光殺菌能評価では、Bi系複合酸化物を用いて、光触媒活性の評価を行う。
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| Causes of Carryover |
（理由）
研究を遂行する上での大きな問題点は、生じていない。
（使用計画）
試薬等の消耗品代として使用予定。
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