大気圧ヘリウムプラズマ照射を援用した光触媒反応向上による水素発生プロセスの開発

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従来から可視光成分に応答するように、酸化チタンに不純物をドープして不純物準位を発現させてバンドギャップを狭小化する方法が研究されてきた。高圧・高密度のヘリウムプラズマを酸化チタンに照射して微細な表面構造を創製して、さらに水素プラズマを照射して表面改質を施すと酸素欠損型光触媒が創製されるものと考えられる。本研究では、酸化チタン表面に微細構造を創製して酸化チタンの表面積を増加させるとともに、その表面に水素プラズマ処理を施して酸素欠損型光触媒を作製させて、可視光応答光触媒反応の発現を確認する。使用したプラズマ処理装置は、真空チャンバー方式のVHF励起で発生する誘電体バリア放電プラズマを用いた既存品であり、印加電極に高速回転する球電極が設置されていた。そこで、絶縁性の酸化チタン試料表面へプラズマ中の正イオンを大量に引き寄せるRFバイアスの印加機構（VHF遮蔽フィルター、RFマッチング）とRFのアース遮蔽機構（絶縁材料製試料台、VHF用シールド板）を新規設計・製作した。VHFプラズマ中にRFプラズマを重畳することで、ラジカル発生量の増加を狙った。しかし、既設する高速回転球電極を用いた実験では、プラズマが球電極直下後方に楕円状の狭小領域で生じるため、反応ガスの流入量が少なく実験条件の最適化精査は困難と考えた。そこで、長尺のロッド状電極を試料表面に対向設置させると反応ガスの流入量も多く一様なプラズマの領域発生が期待できることから、当該構造の新規製作を行った。長尺ロッド電極を使用することで、プラズマ発生領域に対して発光分光観察が容易となる。そこで、発光分光分析器と発光分光温度測定器のファイバーセンサーを真空チャンバー内に導入するアダプター機能を整備した。今後、プラズマ発生領域の化学組成や表面温度を、プラズマ処理条件の最適化に活用していく。