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ナノ界面プラズマ制御による多電子還元機能表面を持つ高感度可視光応答性光触媒の創製

公募研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 22110518
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北九州工業高等専門学校

研究代表者

山田 憲二  北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 特任教授 (80101179)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2011年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2010年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードナノ界面 / プラズマ / イオン / 光触媒 / 可視光
研究概要

本研究は、多電子還元性金属を含む有機金属化合物ガスによるプラズマイオンプロセスにより、多電子還元性金属イオンを酸化物半導体表面層に確実にグラフトさせ、かつ炭素ドーピングを起こさせる手法を開発し、高感度可視光応答性光触媒を創製することを目的として、本年度は以下の成果を得た。
1.プラズマイオンプロセスの理論解析電子温度5eV・電子密度10^<15>~10^<16>m^<-3>のプラズマ状態、パルス周波数150Hz・パルス幅10μsのパルス条件において、パルス電圧印加中にTiO_2薄膜/プラズマ界面に定常イオンシースが形成される。プラズマ中でアセチルアセトナト銅が完全分解する場合のイオン電流密度は定常イオン形成後ではパルス電圧に依存せず一定値を示すが、電子密度に伴って増加する。イオン照射によるTiO_2薄膜の温度上昇は電子密度及びパルス電圧に伴って増加し、入射イオンと薄膜表面との間で表面反応が起こる可能性が増加することを明らかにした。
2.パルス電圧印加によるTiO_2薄膜のプラズマイオンプロセス処理アセチルアセトナト銅プラズマ雰囲気で、TiO_2薄膜に印加されるパルス電圧の増加に伴って、可視光吸収が顕著となった。プラズマイオンプロセス処理によりTiO_2薄膜表面には元素Cu、C、Oから構成される堆積層が形成され、さらにC_<1s>XPSデプスプロファイルによりTiO_2への炭素ドーピングを確認した。パルス電圧を印加することで、可視光応答性は顕著となった。光励起によりTiO_2価電子帯からCu(II)に界面電子移動が起こることに加えて、炭素ドーピング準位からTiO_2伝導帯に光励起された電子がCu(II)を還元すると考えられる。プラズマイオンプロセス処理TiO_2薄膜を空気中473Kにて熱処理してもCu含有と炭素ドーピングは残存するが、堆積層が炭化してTiO_2表面に到達する可視光強度が減少するために、可視光応答性が低下することが明らかになった。

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

本研究の目的は、プラズマイオンプロセスによりTiO_2表面への多電子還元性イオンのグラフト及び炭素ドーピングを実現させ、高感度可視光応答性光触媒を創製することであり、本研究の推進によりおおむね達成している。さらに本研究では、プラズマイオンプロセスの理論解析を行い、可視光応答性発現のためのアプローチについて明らかにした。

今後の研究の推進方策

高感度可視光応答性光触媒を創製するためのプラズマイオンプロセスによるナノ界面プラズマ制御法を開発する。さらに照射イオンと光触媒表面層のプラズマナノ界面の定量解析を行うことで、光触媒の表面機能化のためのプラズマナノ界面の理論構築を行う。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (35件)

  • [雑誌論文] 異種半導体からなる複合化光触媒の可視光応答化に関する研究2011

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 雑誌名

      北九州工業高等専門学校研究報告

      巻: 44 ページ: 71-75

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Preparation of Visible-Light-Active Photocatalysts Having Cu-Contained Layer by Plasma CVD

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 雑誌名

      Nanoscience and Nanotechnology Letters

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visible Light Activity of Photocatalytic Composites Composed of Metal Oxides

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 雑誌名

      Nanoscience and Nanotechnology Letters

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of p-Type Semiconductor Electrode on Photovoltaic Properties in n/p Tandem-Type Dye-Sensitized Solar Cell

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Polymeric p-Type Semiconductor on Photovoltaic Properties in Dye-Sensitized Solar Cell

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Preparation of highly visible-light-active photocatalysts by plasma-based ion process2012

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      4^<th> International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      Chubu University, Aichi, Japan
    • 年月日
      2012-03-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of n/p Tandem Type Dye-sensitized Solar Cell utilizing Plasma Sputtering Methods2011

    • 著者名/発表者名
      Ryo Fukuda
    • 学会等名
      The 6^<th> Aceanian Conference on Dye-sensitized and Organic Solar Cells
    • 発表場所
      Beppu, Oita, Japan
    • 年月日
      2011-10-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effect of p-type Semiconductor on Photovoltaic Characteristics in Dye-sensitized Solar Cell2011

    • 著者名/発表者名
      Takeru Okada
    • 学会等名
      The 6^<th> Aceanian Conference on Dye-sensitized and Organic Solar Cells
    • 発表場所
      Beppu, Oita, Japan
    • 年月日
      2011-10-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Photovoltaic Performance of Dye-sensitized Solar Cells by (Hf/N) Codoping2011

    • 著者名/発表者名
      Issei Ohtani
    • 学会等名
      The 6^<th> Aceanian Conference on Dye-sensitized and Organic Solar Cells
    • 発表場所
      Beppu, Oita, Japan
    • 年月日
      2011-10-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Photovoltaic Characteristics of Dye-sensitized Solar Cells using Polymer-grafted TiO_2 Nanoparticles2011

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Tateishi
    • 学会等名
      The 6^<th> Aceanian Conference on Dye-sensitized and Organic Solar Cells
    • 発表場所
      Beppu, Oita, Japan
    • 年月日
      2011-10-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Annealing Temperature on Photo-electrochemical Performance of Thin-Film organic Photovoltaic Cells2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Kimoto
    • 学会等名
      The 6^<th> Aceanian Conference on Dye-sensitized and Organic Solar Cells
    • 発表場所
      Beppu, Oita, Japan
    • 年月日
      2011-10-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effect of p-Type Semiconductor Electrode on Photovoltaic Properties in n/p Tandem-Type Dye-Sensitized Solar Cell2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      2011 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • 発表場所
      Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Polymeric p-Type Semiconductor on Photovoltaic Properties in Dye-Sensitized Solar Cell2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      2011 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • 発表場所
      Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Photoelectric Conversion Efficiency of Dye-sensitized Solar Cells by Nanostructure Control of Titanium Dioxide Electrode2011

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Yamane
    • 学会等名
      2011 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • 発表場所
      Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Photoelectrochemical Characteristic of Dye-sensitized Solar Cells Based on Liquid Crystals2011

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Yamane
    • 学会等名
      2011 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • 発表場所
      Gyeongju, Korea
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of n/p tandem type dye sensitized solar cell utilizing plasma sputtering method2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Yamamoto
    • 学会等名
      20^<th> International Symposium on Plasma Chemistry
    • 発表場所
      Philadelphia, USA
    • 年月日
      2011-07-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of visible-light-active photocatalysts having Cu-contained layer by plasma CVD2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      20^<th> International Symposium on Plasma Chemistry
    • 発表場所
      Philadelphia, USA
    • 年月日
      2011-07-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] n/pタンデム型色素増感太陽電池の尚効率化のためのp型半導体電極構造の検討2011

    • 著者名/発表者名
      福田遼
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] p型有機半導体を用いた色素増感型太陽電池の光電変換メカニズムの検討2011

    • 著者名/発表者名
      岡田健
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プラズマイオンプロセスによる多電子還元機能を持つ可視光応答性光触媒の創製2011

    • 著者名/発表者名
      清末祥哉
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 無機ナノチューブ複合化電極を用いた色素増感太陽電池の作製と特性評価2011

    • 著者名/発表者名
      池田古都美
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] (カチオン/アニオン)コドープによる色素増感太陽電池の高効率化2011

    • 著者名/発表者名
      大谷一生
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池の光電気化学特性に及ぼす熱的処理条件の最適化2011

    • 著者名/発表者名
      木本祥紀
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 高分子表面修飾法を用いたチタニア電極ナノ構造制御による色素増感太陽電池の高効率化2011

    • 著者名/発表者名
      立石満
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Visible-light Activity of Photocatalytic Composites Composed of Metal Oxides2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      International Conference on Materials for Advanced Technologies 2011
    • 発表場所
      SUNTEC, Singapore
    • 年月日
      2011-06-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Surface State of Plasma-treated TiO_2 Electrode on Photoexcited Electron Transfer in Dye-sensitized Solar Cell2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      International Conference on Materials for Advanced Technologies 2011
    • 発表場所
      SUNTEC, Singapore
    • 年月日
      2011-06-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 無機ナノチューブを複合化した色素増感太陽電池の作製と特性評価2011

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      日本化学会第91春季年会
    • 発表場所
      神奈川大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 低温プラズマCVDによる多電子還元性金属担持光触媒の可視光応答化に関する研究2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      2010年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2010-11-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 有機金属化合物を用いたプラズマCVD処理による酸化チタン光触媒の可視光応答化に関する研究2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      2010年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2010-11-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] n型半導体及びp型半導体からなるZ-スキーム型光触媒の高感度可視光応答化に関する構造因子の検討2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      2010年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2010-11-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 電荷移動錯体増感色素を用いた薄膜太陽電池における酸化チタン電極の低温プラズマ効果2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      2010年日本化学会西日本大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2010-11-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Development of P-type Semiconductor Electrode in N/P Tandem-Type Dye-sensitized Solar Cell2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • 発表場所
      Korea University Korea
    • 年月日
      2010-07-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 低温プラズマCVDによる多電子還元性光触媒の可視光応答化に関する研究2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      第47回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 酸化チタン微粒子のプラズマCVD/熱処理による可視光応答化の検討2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      第47回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] n型半導体およびp型半導体からなるZ-スキーム型光触媒の高感度可視光応答化に関する研究2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      第47回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 有機色素増感太陽電池における酸化チタン電極の低温プラズマ処理効果2010

    • 著者名/発表者名
      山田憲二
    • 学会等名
      第47回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of Thin Film Photovoltaic Organic Cells Sensitized with Organic Dye TCNQ2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      Korea-Japan Forum 2010 on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Plasma CVD Treatment for Titanium Dioxides to Approach The High Performance of Photocatalysts by Visible Light Irradiation2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      IEEE Region 10 Conference 2010
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Aluminosilicate and Aliminogermanate by Microwave Irradiation2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawai'i Convention Center USA
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Transition Metal Doped Titanium Dioxide Synthesized by Microwave Irradiation2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Yamada
    • 学会等名
      2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawai'i Convention Center USA
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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