2013 Fiscal Year Research-status Report
気相成長自己組織化複合ナノ構造を有する可視光応答型光触媒の創製
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25390034
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 岳人 阿南工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20370033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅津 郁朗 甲南大学, 理工学部, 教授 (30203582)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | パルスレーザーアブレーション法 / 気相成長 / 非熱平衡 / ナノ結晶 / 複合ナノ構造 / 自己組織化 / 光触媒 / 電荷分離 |
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| Research Abstract |
本（初）年度は代表的主（光）触媒であるTiO2に着目し，反応性雰囲気ガス中のパルスレーザーアブレーション（PLA）法における，網目状構造の自己組織化形成について探索・評価した．
実験方法としては, 雰囲気ガスに酸素を用いて, 67～530Paのガス圧領域にて, TiO2ターゲットのPLAを行った. 堆積させたナノ結晶凝集体構造および物性は, X線回折(XRD), SEM, 透過吸収分光測定により評価した.
XRDによる結晶構造の評価により,ガス圧67,100,133Paの試料はアナターゼ, 266Paはルチルの結晶構造を示した. SEMでの表面構造の観察より266Pa以下ではナノ粒子の空間数密度が高く， 266～465Paのガス圧では網目状構造に近い構造が発現している.さらにガス圧を上げると網目構造に近い構造は発現しなくなる.
透過率から光学密度(αd)を求め,光子エネルギー3.5eVでの光学密度(αd)をグラフにすると,ガス圧が高くなるにつれ,光学密度(αd)が小さくなっている.これは,ガス圧が高くなるにつれ,網目構造が発現することにより,ナノ粒子の空間数密度が小さくなっていくからだと考えられる.また,バルクTiO2は,間接遷移型半導体であるので,αdの1/2乗とエネルギーの関係よりバンドギャップ(Eg)を見積もると2.0eV～2.5eVと文献値よりもかなり小さな値になってしまう.そこで直接遷移型を仮定し,αdの2乗とエネルギーの関係からEgを見積もったところ,3.2eV～3.5eVと文献値に近い値となった.これは,バルクTiO2は間接遷移型だと言われているが，ナノ結晶化により，直接遷移型の光吸収が顕著に現れたと考えられる．直接遷移型としてのEgは，アナターゼ型よりもルチル型の方が小さく，この傾向はバルクの文献値と同様であった.
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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
本プログラム開始以前に，同一プロセスにより助触媒であるNiOナノ結晶の網目状２次凝集体が生成されることを，把握していたが，本年度は代表的主触媒であるTiO2でも上記自己組織化構造が発現するプロセスウインドウを把握した．さらにそれらの光学特性も，網目構造の発現に整合性があることを確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
主触媒TiO2あるいは助触媒NiOの，一方を薄膜状，もう一方を自己組織化網目構造凝集体とする複合ナノ構造を創製し，その光触媒活性を評価する．
次に主触媒として可視光応答性を有する，In0.9Ni0.1TaO4を主触媒とし，助触媒NiOを自己組織化網目構造凝集体として担持した複合ナノ構造光触媒を創製し，可視光励起下での光触媒活性を評価する．
最後に，反応性ガス中PLAにおける自己組織化網目構造凝集体の形成メカニズムに関してモデル提案を行う．
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