| 研究課題/領域番号 |
21K18617
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| キーワード | 光触媒 / エチレン分解 / 光電気化学 / ヘリウム / プラズマ |
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| 研究実績の概要 |
ヘリウム(He)プラズマ照射により、異なるプラズマ照射時間でヘリウム(He)誘起ナノ構造タングステン板を合成した。焼成後、ナノ構造酸化タングステン試料を光電極として用い、光電気化学(PEC)性能を評価した。その結果、ナノ構造化したWO3光電極は、ナノ構造化していないサンプルと比較して、高いPEC性能を示すことがわかった。15分照射したサンプルは、水の酸化の熱力学的電位（1.23 V vs. RHE）下で3.5 mA/cm2と最も高い光電流密度を示した。酸化膜の厚さと露出した結晶面がPEC性能に大きな影響を与えることがわかった。プラズマ合成法は、ナノ構造のWO3光電極を作製するための効果的な方法であることが証明された。
さらに、エチレン分解用高性能酸化チタン（TiO2）光触媒を実現するために、ヘリウム（He）プラズマ処理によりファイバー状ナノ構造を有するチタン（Ti）薄膜試料を作製し、エチレン分解用光触媒として用いた。Heプラズマを照射してTiを蒸着した後、空気中で酸化することで、アナターゼに富んだTiO2が形成されることがわかった。ルチルアナターゼ転移温度は、He処理した試料で1000K以上まで上昇した。光触媒性能は、マグネトロンスパッタリング装置で作製した試料の2倍の光触媒性能を示した。ヘリウムプラズマ処理により、空孔、ヘリウムクラスター、ヘリウムバブルが発生し、ナノ構造が形成される。その結果、これらの形態変化は、安定なアナターゼ構造の形成につながることが示唆された。得られたエチレン分解率をもとに、必要な光源と 光触媒の使用量について検討を行った。
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| 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
プラズマ照射により光電極性能及びエチレン分解性能の明らかな向上が見られ、そのメカニズムを明らかにできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度に開発した材料に対して、異なる材料を付与してヘテロ接合半導体材料を作製することが今後の課題となっている。現在その最適化を含めて実施を行っているところである。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
WO3の光電極性能が想定したより高かったため，その性能評価及び論文化に集中したことで，ヘテロ接合の研究の実施を2022年度に集中して実施するため。
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