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熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理した酸化チタンナノ粒子の光触媒反応性

研究課題

研究課題/領域番号 20K03917
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分14030:プラズマ応用科学関連
研究機関徳島大学

研究代表者

川上 烈生  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (30314842)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワード熱アシスト大気圧酸素プラズマ / アナターゼ結晶型酸化チタン / ルチル結晶型酸化チタン / 光触媒ナノ粒子 / 光分解/光殺菌 / 酸素空孔 / 吸着酸素 / 電荷分離 / 白金ドープルチル結晶型酸化チタン / アナターゼ結晶型型酸化チタン / 光分解 / 白色LED / 非接触殺菌力 / 過酸化水素 / アナターゼ/ルチル混晶型酸化チタン / 分解/殺菌性 / 紫外線LED照射 / 可視光LED照射 / 酸素関連基吸着 / アナターゼ型酸化チタン / 光触媒活性 / プラズモン励起電子移動 / アナターゼ型酸化チタンナノ粒子 / 熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理 / 酸素空孔欠陥 / 表面格子酸素欠損 / 表面吸着酸素
研究開始時の研究の概要

アナターゼ型酸化チタンナノ粒子は環境浄化材だけでなく再生可能エネルギー材として期待されているが,光励起された電子と正孔の再結合率が高いため光触媒反応性が高くない.我々が提案する熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理法は電気炉処理法に比べ光触媒反応性を向上させることを見出したが,その機構は明らかにされていない.本研究では熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理はアナターゼ型酸化チタンナノ粒子物性に何をもたらし光励起キャリア密度を増加させるのか,再結合率の低下に関係するキャリア捕獲サイトと光吸収量増加の観点から明らかにする.特に,酸素空孔欠陥,表面格子酸素欠損,表面吸着酸素の振舞いに着目する点が独創的である.

研究成果の概要

酸化チタンナノ粒子は環境浄化材だけでなく再生可能エネルギー材として期待されているが,光励起キャリアの再結合率が高いため光触媒反応性が高くない.我々が提案する熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理法は,結晶性に関わらずに,電気炉処理法に比べ紫外光および可視光照射下での光触媒反応性を向上させることを明らかにした.また,光励起電気導電率,X線やフォトルミネッセンス分析から,その光触媒反応性増強機構も明らかにした.主要因は,導入された多くの酸素空孔と吸着酸素により促進される表面でのバンド構造変化,つまりupward band bendingによる電荷分離効果であることがわかった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々が提案する熱アシスト大気圧酸素プラズマ処理法は,結晶性に関わらずに,世界的に知られている電気炉法よりも酸化チタンナノ粒子の紫外光および可視光照射下での光触媒反応性を向上させる今までにない新しい知見である.特にその向上機構において,熱と大気圧酸素プラズマとの相乗効果により導入された多くの酸素空孔と吸着酸素がバンド構造変化に関わり光励起キャリア密度が増加する点が学術的に興味深い.また,高価な真空機器を使わず,熱アシスト大気圧酸素プラズマを生成するため,脱炭素化の観点からも優位性の高い光触媒活性化技術であり,社会的課題である環境保全技術や再生可能エネルギー技術の発展に貢献すると考える.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Remote Bactericidal Effect of Anatase TiO<sub>2</sub> Photocatalytic Nanoparticles Annealed with Low-Temperature O<sub>2</sub> Plasma2022

    • 著者名/発表者名
      Retsuo Kawakami, Yuki Takao, Akihiro Shirai, and Takashi Mukai
    • 雑誌名

      Biocontrol Science

      巻: 27 号: 4 ページ: 217-222

    • DOI

      10.4265/bio.27.217

    • ISSN
      1342-4815, 1884-0205
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atmospheric-Pressure Low-Temperature O2 Plasma-Assisted Annealing on Visible-Light-Induced Photocatalytic Activity of Pt-doped Rutile TiO2 Nanoparticles2022

    • 著者名/発表者名
      Yuta Makino, Retsuo Kawakami, Shin-ichiro Yanagiya, Masahito Niibe, Yoshitaka Nakano, and Takashi Mukai
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Process 2022

      巻: - ページ: 125-126

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ支援熱焼結処理したアナターゼTiO2ナノ粒子の光殺菌と鮮度保持効果2022

    • 著者名/発表者名
      川上 烈生,植田 迅,味元 勇樹,白井 昭博,宮脇 克行,吉田 雅彦
    • 雑誌名

      LED総合フォーラム2022 in 徳島

      巻: - ページ: 133-134

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ支援アニーリングしたアナターゼ/ルチル混晶型酸化チタンナノ粒子の光分解と光殺菌効果2022

    • 著者名/発表者名
      味元 勇樹,白井 昭博,柳谷 伸一郎,川上 烈生
    • 雑誌名

      LED総合フォーラム2022 in 徳島

      巻: - ページ: 135-136

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] LED照射下でのアナターゼTiO2ナノ粒子の非接触殺菌効果2022

    • 著者名/発表者名
      高尾 祐希,白井 昭博,味元 勇樹,粟飯原 睦美,川上 烈生
    • 雑誌名

      LED総合フォーラム2022 in 徳島

      巻: - ページ: 137-138

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] UV-LED照射下での光触媒酸化チタンナノ粒子の脱臭効果2022

    • 著者名/発表者名
      植田 迅,榎本 康,岡田 宏,川上 烈生
    • 雑誌名

      LED総合フォーラム2022 in 徳島

      巻: - ページ: 139-140

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photocatalytic Activity Enhancement of Anatase/Rutile‐Mixed Phase TiO2 Nanoparticles Annealed with Low‐Temperature O2 Plasma2021

    • 著者名/発表者名
      Kawakami Retsuo、Mimoto Yuki、Yanagiya Shin-ichiro、Shirai Akihiro、Niibe Masahito、Nakano Yoshitaka、Mukai Takashi
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 218 号: 24 ページ: 2100536-2100536

    • DOI

      10.1002/pssa.202100536

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photobactericidal Activity of Anatase Titanium Dioxide Nanoparticles Annealed with the Assistance of Nonequilibrium Atmospheric-Pressure Oxygen Plasma2021

    • 著者名/発表者名
      Retsuo Kawakami, Yuki Mimoto, Akihiro Shirai, Shin-ichiro Yanagiya, Masahito Niibe, Yoshitaka Nakano, and Takashi Mukai
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Process 2021

      巻: - ページ: 127-128

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Atmospheric-Pressure O2 Plasma-Assisted Annealing Effect on Photocatalytic Activity of Anatase/Rutile-Mixed Phase TiO2 Nanoparticles2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Mimoto, Retsuo Kawakami, Shin-ichiro Yanagiya, Masahito Niibe, Yoshitaka Nakano, and Takashi Mukai
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Process 2021

      巻: - ページ: 131-132

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of nonequilibrium atmospheric-pressure O2 plasma-assisted annealing on anatase TiO2 nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Kawakami Retsuo、Yoshitani Yuki、Shirai Akihiro、Yanagiya Shin-ichiro、Koide Hirofumi、Mimoto Yuki、Kajikawa Kosuke、Niibe Masahito、Nakano Yoshitaka、Azuma Chisato、Mukai Takashi
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 526 ページ: 146684-146684

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2020.146684

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 白金ドープしたルチル型酸化チタンナノ粒子への大気圧低温酸素プラズマ支援アニーリング効果2022

    • 著者名/発表者名
      牧野 祐大,川上 烈生,柳谷 伸一郎,新部 正人,中野 由崇,向井 孝志
    • 学会等名
      第83回秋季応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 金/酸化チタンナノバレット構造の作製と光特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      藤原 颯真, 笠井 康平,味元 勇樹,菅野 智士,南 康夫,川上 烈生,柳谷 伸一郎
    • 学会等名
      2021年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 新規光触媒材料の開発と食品鮮度保持への応用と展望2021

    • 著者名/発表者名
      川上 烈生
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第 48 回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アナターゼ型光触媒TiO2ナノ粒子による非接触殺菌効果2021

    • 著者名/発表者名
      高尾 祐希,川上 烈生,白井 昭博,味元 勇樹,粟飯原睦美,向井 孝志
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第 48 回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 大気圧低温プラズマ支援熱焼結したアナターゼ/ルチル混晶型TiO2ナノ粒子の殺菌効果2021

    • 著者名/発表者名
      味元 勇樹,川上 烈生,白井 昭博,柳谷 伸一郎,向井 孝志
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第 48 回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 金-酸化チタンプラズモニックメタサーフェスの結晶成長と光特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      笠井 康平,味元 勇樹,菅野 智士,柳谷 伸一郎,南 康夫,川上 烈生,古部 昭広
    • 学会等名
      第82回秋季応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱支援プラズマ処理したアナターゼ/ルチル混晶型光触媒TiO2ナノ粒子の光分解と鮮度保持効果2021

    • 著者名/発表者名
      川上 烈生, 味元 勇樹, 宮脇 克行, 白井 昭博, 吉田 雅彦
    • 学会等名
      LED総合フォーラム2021 in 徳島
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] アナターゼ/ルチル混晶型TiO2ナノ粒子への熱アシスト大気圧低温O2プラズマ処理効果2020

    • 著者名/発表者名
      味元 勇樹, 川上 烈生, 新部 正人, 中野 由祟, 向井 孝志
    • 学会等名
      2020年度 応用物理・物理系学会中国四国支部 合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱アシスト非平衡大気圧O2プラズマ処理したアナターゼ型TiO2ナノ粒子の物性2020

    • 著者名/発表者名
      川上 烈生, 味元 勇樹, 小出 洋史, 柳谷 伸一郎, 新部 正人, 中野 由崇, 向井 孝志
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 金ナノ構造-酸化チタン積層膜のTHz-TDS評価2020

    • 著者名/発表者名
      日口 聖規,小出 洋史,柳谷 伸一郎,川上 烈生,片山 哲郎,古部 昭広,太田 薫,富永 圭介
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 大気圧低温O2プラズマ支援熱処理したアナターゼ/ルチル混晶型TiO2ナノ粒子の紫外/可視光触媒活性2020

    • 著者名/発表者名
      味元 勇樹,川上 烈生,柳谷 伸一郎,新部 正人,中野 由崇,向井 孝志
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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