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ヘリウム誘起金属ファズ(綿毛)への複合化合物積層による高機能性光応答の発現

研究課題

研究課題/領域番号 21K18617
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

梶田 信  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00455297)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード光電気化学 / プラズマ / ナノ構造 / ヘリウム / ファズ / 光触媒 / エチレン分解
研究開始時の研究の概要

申請者らにより,ヘリウムプラズマ照射により,金属の表面に金属綿毛が形成できることが分かってきた。本研究では,この金属綿毛を,既存のドライプロセス法を組み合わせ,金属綿毛に異なる物質を積層(ヘテロ接合)・付与した機能性光学材料の創成を目的とする。特に,水分解による水素生成を目指した光触媒材料や,可飽和吸収体への展開を目指し実験を行う。

研究実績の概要

酸化鉄は可視光応答性を持つ光電極材として注目を浴びている。本研究では,バルク鉄(Fe)シートの形態,表面特性,および光電気化学的性能に及ぼすヘリウム(He)プラズマ照射と熱処理の影響を調べた。光電極の性能,特にオンセット電位に及ぼすヘリウムプラズマ処理の影響を調べるため,本研究では,バルクFeシートにヘリウムプラズマ処理を施した後,Fe酸化物に焼成し,これらの試料を他のさまざまな前処理と比較した。本研究では,クラックが発生しやすい薄膜よりも,安定性が高く,プラズマ照射パラメーターの変更が可能なバルク試料に焦点を当てた。ラマン分析の結果,プラズマ処理後,すべてのサンプルは主にα-Fe2O3表面から構成されていた。ヘリウムプラズマ照射により,光電流のオンセット電位が1.16 VRHE(前処理なし)から0.57 VRHE(660℃でのプラズマ照射)にカソードシフトした。真空アニールした試料では,すでにオンセット電位の低下が見られたが,プラズマ照射によって,特に高温になるほど,オンセット電位はさらに著しく低下した。すなわちアニール以外の原因でオンセット電位が減少した。これまでのところ,ナノ構造形成による表面積の増大が最大の焦点となっている。しかし,カソードシフト,すなわち,より低いオンセットへのシフトは,光電極の効率と性能を向上させるという観点から,特に興味深く,電流密度とオンセット電位の両方ともに,光電気化学(PEC)の性能を調整するための重要な特性パラメータであり,Heプラズマ処理はそのための重要な方法であることが本研究で実証された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

プラズマ照射電極のPEC特性を評価した結果,当初想定していなかったカソードシフトが発見された。

今後の研究の推進方策

WO3等の系統的なプラズマ照射及び表面化学的な分析を実施して,PEC特性の向上に与えるプラズマ効果のメカニズムを解明する。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] DIFFER研究所(オランダ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] DIFFER研究所(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] DIFFER研究所(オランダ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Low onset potential for oxygen evolution reaction on hematite electrodes processed with He plasma irradiation2024

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Bieberle-H?tter Anja
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 57 ページ: 1118-1125

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2024.01.110

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of beryllium topography on BRDF measurements2024

    • 著者名/発表者名
      Natsume Hiroki、Le Bohec Micka?l、Steiner Roland、Ben Yaala Marwa、Aumeunier Marie-H?l?ne、Marot Laurent、Kajita Shin、Tanaka Hirohiko
    • 雑誌名

      Optical Materials

      巻: 147 ページ: 114715-114715

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2023.114715

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth origin of large-scale fiberform nanostructures in He?W co-deposition environment2023

    • 著者名/発表者名
      Hori Kenta、Kajita Shin、Zhang Rongshi、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 5450-5450

    • DOI

      10.1038/s41598-023-32621-5

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of tungsten-based optical diffuser using fiberform nanostructure via efficient plasma route2023

    • 著者名/発表者名
      Feng Shuangyuan、Natsume Hiroki、Kajita Shin、Li Enhao、Yasuhara Ryo、Tokitani Masayuki、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 31 号: 16 ページ: 25438-25438

    • DOI

      10.1364/oe.493993

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Increased Photoelectrochemical Performance of Vanadium Oxide Thin Film by Helium Plasma Treatment with Auxiliary Molybdenum Deposition2023

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Eda Tomoki、Feng Shuangyuan、Tanaka Hirohiko、Bieberle-H?tter Anja、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Advanced Energy and Sustainability Research

      巻: 4 号: 3 ページ: 2200141-2200141

    • DOI

      10.1002/aesr.202200141

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural Correlation of Random Lasing Performance in Plasma-Induced Surface-Modified Gallium Nitride2022

    • 著者名/発表者名
      Shi Quan、Fujiwara Hideki、Kajita Shin、Yasuhara Ryo、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu、Uehara Hiyori
    • 雑誌名

      ACS Applied Optical Materials

      巻: 1 号: 1 ページ: 412-420

    • DOI

      10.1021/acsaom.2c00085

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of fiberform nanostructures on metal surfaces by helium plasma irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      Shin Kajita , Atsushi M. Ito , Kenzo Ibano
    • 雑誌名

      JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      巻: 132 号: 18 ページ: 181101-181101

    • DOI

      10.1063/5.0123430

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical properties of plasma-induced nanostructured tungsten oxide2022

    • 著者名/発表者名
      Feng Shuangyuan、Kajita Shin、Higashi Masanobu、Bieberle-H?tter Anja、Yoshida Tomoko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 580 ページ: 151979-151979

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2021.151979

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced photocatalytic ethylene decomposition with anatase-rutile mixed nanostructures formed by He plasma treatment2021

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Miyaguchi Kazuya、Tanaka Hirohiko、Yasunaga Eriko、Yoshida Tomoko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 418 ページ: 113420-113420

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2021.113420

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Helium plasma induced fuzzy metal: growth mechanism and its application2022

    • 著者名/発表者名
      Shin Kajita
    • 学会等名
      AAPPS-DPP2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-12-25  

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