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2016 年度 実施状況報告書

気相パルスレーザーアブレーション法による複合プラズモニック可視光応答光触媒の創製

研究課題

研究課題/領域番号 16K04905
研究機関阿南工業高等専門学校

研究代表者

吉田 岳人  阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (20370033)

研究分担者 原口 雅宣  徳島大学, 大学院理工学研究部, 教授 (20198906)
梅津 郁朗  甲南大学, 理工学部, 教授 (30203582)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードパルスレーザーアブレーション / 気相反応 / ナノ結晶 / ナノ粒子 / ナノ構造体 / 光電子機能 / 光触媒活性
研究実績の概要

本初年度は,気相パルスレーザーアブレーション(PLA)法によるTiO2薄膜上へ,Auナノ粒子を担時する際に,PLA法と電気炉アニール(FA)法を併用することで,これまでの真空蒸着法とFA法の併用よりも,粒径分布幅を格段に小さくすることに成功した(規格化標準偏差として40%の減少).
また主触媒であるTiO2薄膜の光学特性評価(光透過測定)を詳細に行い,1)透過領域では干渉縞が観測されることから,平坦な薄膜であること,2)干渉縞の間隔から既知のアナターセに一致する屈折率を持つこと,3)半導体としての明確な吸収端構造を持ち,バンドギャップ幅はこれも既知のアナターセの値に一致すること,が判明した.
さらに,上述の気相PLA法によるAuナノ粒子担持TiO2薄膜系に関して,紫外光(360nm)励起の光触媒活性に注目して評価した結果(メチレンブルー(MB)分解法),紫外光領域でも光触媒活性の増強を確認することができた.この効果はAuナノ粒子の被覆率に敏感に影響されること,及び最大でTiO2薄膜単独の約2倍の光触媒活性が実現できることが判明した.励起光照射時間に対するMB分解のレートは,ラングミュア-ヒンシェルウッドモデルにフィッティングできることもわかった.ちなみにTiO2薄膜の結晶構造はアナターセに統一している.
この紫外域光触媒活性増強効果に関して,TiO2薄膜からAuナノ粒子への界面電子転送による,電荷分離促進の観点から解析を開始している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初目的である局在表面プラズモン共鳴周波数の異なる複数金属ナノ粒子の担持とその特性評価に着手できていない.研究分担者とともに,Niナノ粒子などAu以外の金属ナノ子の作製法開発は進めている.
また同じく当初目的である可視光応答性の評価があまり進んでいない.これはMBが可視光照射において直接分解してしまうため詳細な評価には適さないためである.現在このような効果を排除するため,気相での光触媒活性を評価できる機密セルの試作を行った.

今後の研究の推進方策

Au以外の金属ナノ粒子としては,これらのLSPR帯域がAuより短波長のAgなどの低分散堆積法を開発する.
より詳細な可視光応答特性評価法としては,【現在までの進捗状況】で述べた気相反応評価用機密セルを用いて,可視光照射による直接分解の影響がない,アセトアルデヒドの分解などにより,光触媒活性の評価を進めてゆく予定である.

次年度使用額が生じた理由

【研究実績の概要】にて報告したとおり,本研究ではAu以外の金属(LSPR帯域が異なるもの)を複数使用する予定であるが,現状まだAuナノ粒子のみに留まっている.そのため異種金属ナノ粒子の母材となるターゲットの作製・購入を行わなかったため,平成28年度としては残金(次年度使用額)が生じることとなった.

次年度使用額の使用計画

Au以外の金属(LSPR帯域がAuと異なるもの)の高純度ターゲットの購入に資する予定である.具体的金属としては,AgあるいはAlを調査・検討中である.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Pulsed-laser-deposited TiO2 nanocrystalline films supporting Au nanoparticles for visible-light-operating plasmonic photocatalysts2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, T. Watanabe, F. Kikuchi, T. Tabuchi, I. Umezu, and M. Haraguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 122 ページ: pp. 1-5

    • DOI

      10.1007/s00339-016-0035-6

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hierarchical Structure of TiO2 Nano-Aggregates Prepared by Pulsed Laser Ablation in Background Gas2016

    • 著者名/発表者名
      I. Umezu, and T. Yoshida
    • 雑誌名

      Electronics and Communications in Japan

      巻: 99 ページ: pp. 40-45

    • DOI

      10.1002/ecj.11871

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 気相パルスレーザーアブレーション法によるAuナノ粒子担持TiO2ナノ構造体の光触媒活性2017

    • 著者名/発表者名
      田渕 武尊,菊地史人,吉田岳人,梅津郁朗,原口雅宣
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島県徳島市
    • 年月日
      2017-01-07 – 2017-01-09
  • [学会発表] パルスレーザーアブレーション法による金属ナノ粒子担持型光触媒の作製と特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      菊地史人,渡辺てい,田渕武尊,吉田岳人,梅津郁朗,原口雅宜
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島県徳島市
    • 年月日
      2017-01-07 – 2017-01-09
  • [学会発表] UV and visible plasmonic photocatalysis applications of TiO2-based nanostructures synthesized by vapor-phase pulsed laser ablation2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, I. Umezu, and M. Haraguchi
    • 学会等名
      6th Annual World Congress of Nano Science & Technology
    • 発表場所
      Singapor
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Enhanced photocatalytic activities of PLD TiO2 films supporting Au nanoparticles under UV irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, T. Tabuchi, F. Kikuchi, I. Umezu, and M. Haraguchi
    • 学会等名
      10th International Conference on Photo-Excited Processes and Applications
    • 発表場所
      Brasov, Romania
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-02
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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