2022 Fiscal Year Research-status Report
光触媒材料表面における触媒反応過程のナノダイナミクス研究
| Project/Area Number |
22K18945
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
山下 隼人 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (10595440)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
|
| Keywords | 光触媒 / 高速原子間力顕微鏡 / AFM / 触媒反応 / 酸化チタン / 抗菌 / ナノ計測 / ナノダイナミクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では光触媒材料をターゲットとして、ナノスケールの表面構造や分子動態を動画で撮影可能な高速原子間力顕微鏡を用いて、固体触媒材料表面で生じるナノレベルの反応過程をリアルタイムにその場観察することで光触媒材料の抗菌機能のナノダイナミクスを明らかにすることを目的としている。初年度である本年は光触媒反応のナノ計測を実施するための基礎となる高速AFM装置環境の構築や高速AFM計測に適した光触媒材料の作製と生体サンプルの調製条件の検討を行った。高速AFMで光触媒反応の観察を行うには計測中に紫外線を照射する必要があることから、既存の高速AFM装置の光てこ光学系とは別に紫外線を照射するための光路系を構築し、観察中に可能な限り像を乱さず、観察領域全体に当たるようにした。
また基板表面の平坦性がAFMで高分解能に光触媒反応過程を観察する上で重要であることから、幾つかの種類の金属酸化物固体材料基板を高速AFM装置に設置可能な微小サイズに切断した後、表面の研磨及び洗浄、焼成を行い、AFMで表面形状の評価を行った。原子レベルでの平坦性を示すステップテラス構造が観察された酸化チタンおよび酸化アルミニウム基板において、生体試料である脂質を含む緩衝溶液を滴下し、それぞれの基板上で脂質膜が展開する様子を高速AFMで溶液中観察することが出来た。そこでこれらの脂質膜を観察中に紫外線を照射したところ、光触媒材料である酸化チタン表面では脂質膜が分解する様子が観察された。一方で光触媒材料ではない酸化アルミニウム表面では同様に紫外線を照射しても脂質膜が分解する様子は見られなかった。これらの結果から、酸化チタン表面で観察された脂質膜の分解は光触媒反応に由来する過程であると考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で達成を目指す光触媒反応のナノスケールでのダイナミクス観察を行うための高速AFM装置環境を構築することができた。また、高速AFMで光触媒材料表面を高時空間分解能で観察するために金属酸化物固体材料の微小な基板を作成し、表面研磨、洗浄、焼成を行い、AFMでその基板表面の平坦性を確認できた。また、それらの基板上に生体試料である脂質を含む水溶液をのせて、高速AFMで基板上に脂質二重膜が展開している様子を観察することができた。これらは、高速AFMで光触媒反応を計測する上で基礎となる成果である。
また作製した金属酸化物固体基板の中で、光触媒材料である酸化チタン上で、紫外線照射中に脂質二重膜が分解する様子を観察することに成功し、一方で、光触媒材料ではない酸化アルミニウムでは分解が見られないことが分かった。このことは酸化チタン上において観察された生体試料の分解過程が光触媒反応に由来する現象であることを裏付けており、本研究の初期段階における大きな進捗と考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度得られた成果をもとに、脂質膜の分解過程を高速AFMで更に詳しく観察する。撮影された分解様式の詳細な解析を行うとともに、材料基板表面のナノ構造に着目した分解過程の比較も行う。また基板表面に展開する脂質膜の量を変えて反応過程を調べるとともに、脂質膜の成分を変えて同様の実験を試みることで分解様式に違いがないかを調べる。更に、酸化チタン以外の光触媒材料でも基板上における反応過程の観察を試みる。その際、本年度構築した金属酸化物固体基板の作製方法を活用して、平坦な表面を作製する。これらの実験を通して光触媒反応による生体試料の分解メカニズムを明らかにするための手掛かりを探る。
|
| Causes of Carryover |
本研究で使用する装置および顕微鏡において、一部の装置と部品導入を次年度に導入することとしたため、一部の助成金を繰り越しました。当該繰越金は、翌年度分として請求した助成金と合わせ光触媒材料調製のための装置整備および顕微鏡の整備などに使用する予定です。
|
