低温プラズマ表面修飾技術による酸化チタン微粒子の環境浄化機能の改善に関する研究

• Project/Area Number: 15033275
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: 山田 憲二 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80101179)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 裕之 (中村 裕行) 北九州工業高等専門学校, 総合科学科, 教授 (70172434) ; 松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80229476) ; 山根 大和 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 助教授 (70332096)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2004: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000); Fiscal Year 2003: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: プラズマ加工 / 表面・界面物性 / 複合材料・物性 / 構造・機能材料 / 触媒・化学プロセス

Research Abstract

1.酸化チタン微粒子の低温プラズマ処理による可視光応答化
酸化チタン微粒子の窒素プラズマ処理により微粒子表面にTi-N結合が形成するが、このTi-N結合を形成する置換型窒素量に対する全ドープ窒素量の比(以下Ti-N結合形成率と略称)はプラズマ処理条件により制御できる。メチレンブルー吸着酸化チタン微粒子の可視光照射による664nm吸光度減少量は窒素プラズマ処理により増大し、可視光応答性を発現することが明らかになった。メチレンブルーの可視光分解量はTi-N結合形成率とほぼ比例する傾向を示した。
2.酸化チタン微粒子のプラズマ重合効果
モノマーとしてオクタメチルシクロテトラシロキサンを用いて酸化チタン微粒子表面にプラズマ重合を行った結果、SiO_2類似極薄膜層を形成して可視光応答性を発現することが明らかになった。第一原理計算によれば、酸化チタンへの炭素またはケイ素のドーピングによりバンドギャップの狭窄化が起こることを確認しており、したがって可視光応答性の発現はプラズマ重合過程でモノマー構成元素である炭素またはケイ素のドーピングにより起こる可能性が考えられる。
3.プラズマグラフト重合法による酸化チタン微粒子表面SiO_2類似極薄膜層への機能性グラフト鎖の形成
モノマーとしてアクリルアミド(AA)及びグリシジルメタクリレート(GMA)、共通溶媒として2-プロパノールを用いて、343Kで2時間プラズマグラフト重合を行った。SEMによる酸化チタン微粒子のグラフト重合前後の表面形態変化を確認し、また拡散反射IRスペクトルからメチレン鎖の形成が確認されたことより、AA及びGMAからのグラフト鎖の形成が認められた。グラフト鎖重量は下地のSiO_2類似極薄膜層の厚みに依存せず、ほぼ一定となった。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of N-doped TiO_2 Particles by Plasma Surface Modification (2004)
  • Author(s): K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, T.Haishi, K.Kumada
  • Journal Title: Proceedings of 15^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
• [Journal Article] Enhancement of Photocatalytic Activity on TiO_2 Particles Modified with RF Plasma (2004)
  • Author(s): K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, T.Haishi, K.Kumada
  • Journal Title: Proceedings of 2004 Joint International Meeting of The Electrochemical Society and The Electrochemical Society of Japan Pages: 1571-1571
• [Journal Article] First-Principles Band Calculation of TiO_2 with Brookite Structure (2004)
  • Author(s): S.Matsushima, K.Obata, H.Yamane, K.Yamada, H.Nakamura, M.Arai, K.Kohayashi
  • Journal Title: Electrochemistry 72・10 Pages: 694-696
  • NAID: 10013365167
• [Publications] K.Yamada, H.Yamane, K.Kumada, S.Tanabe, T.Kajiyama: "Plasma-Graft Polymerization of a Monomer with Double Bonds onto the Surface of Carbon Fiber and Its Adhesion to a Vinyl Ester Resin"Journal of Applied Polymer Science. Vol.90. 2415-2419 (2003)
• [Publications] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, T.Kajiyama: "Surface Modification of Titanium Dioxide Particles in RF Plasmas"Book of Abstracts of 21^<st> International Conference on Photochemistry. 582 (2003)
• [Publications] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, K.Kumada, T.Kajiyama: "Plasma Surface Modification of Titanium Dioxide Particles for Improved Light Cleaning"Abstracts of The 8^<th> IUMRS International Conference on Advanced Materials. 95 (2003)
• [Publications] S.Matsushima, H.Nakamura, M.Arai, K.Kobayashi: "Electronic Structure of InTaO_4 with Monoclinic Structure"Chemistry Letters. 2003・1. 64-65 (2003)
• [Publications] S.Matsushima, K.Obata, H.Nakamura, M.Arai, K.Kobayashi: "First-principles Energy Band Calculation for Undoped and N-doped InTaO_4 with Layered Wolframite-type Structure"Journal of Physics and Chemistry of Solids. Vol.64. 2417-2421 (2003)
• [Publications] M.Machida, K.Miyazaki, S.Matsushima, M.Arai: "Photocatalytic Property and Electronic Structure of Lanthanide Tantalates, MLnTa_2O_7 (M=Cs, Rb, Na, and H ; Ln=La, Pr, Nd, and Sm)"Journal of Materials Chemistry. Vol.13. 1433-1437 (2003)