不動態膜に覆われた金属チタン表面をアナターゼ型光触媒機能膜に変換する簡便法の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

私たちはこれまで、チタニア系光触媒材料の開発と金属チタン表面の機能化に関する研究を行ってきた。その中で、金属チタン表面に存在する不動態膜(ルチル型酸化膜)の生成メカニズムを熱力学的に明らかにさせ、チタン表面を簡便な手法で光触媒機能を有するアナターゼ型酸化膜を形成させることに成功した。既存技術においても、金属チタン表面の機能化には、強酸・強アルカリ処理と高圧条件下での水熱反応や、高電圧を必要とする陽極酸化法と言った、比較的複雑な手法が採用されており、簡便な空気中酸化によるアナターゼ型酸化膜形成に関する報告は今回の我々が初めてとなる。ここでは、私たちがこれまでに開発してきたTiO2/SiO2系光触媒材料に関する知見、すなわち「シリカが共存する場合はアナターゼ型酸化チタンが1200℃の大気中でも安定に存在すると言う知見(Natureに発表)」を金属チタン表面の酸化反応に適用している。我々は、金属チタン表面に存在する不動態膜の除去法や機能化に関する研究を行っている中で、シュウ酸のような還元力を有する有機酸で処理するだけで、湿潤条件下で安定な水素化チタン(TiH2)が生成し、その表面にシリカ層を生成させた状態で大気中酸化するだけで、金属チタン表面にアナターゼ型酸化膜が生成する可能性を見出した。この知見を基に金属チタン表面に優れた親水特性を発現させることにより、疑似体液中で極めて優れたアパタイト形成能を示した。これらの基礎的知見を基に金属チタン表面にSiO2固溶アナターゼ傾斜層を形成させ骨形成能、ならびに付着細菌の完全分解能を付与できることを確認した。