レーザーアブレーションプラズマ制御法による可視光活性・酸化チタン系光触媒の創成

本年度は(1)Tiターゲットのレーザーアブレーションを行うことにより生成される各種活性種の気相における時間的・空間的な挙動。(2)Tiターゲットに対向して置かれた基盤上に作製されたTiO_2膜の特性の、基板温度、気相条件に対する依存性の2点について研究を行った。(1)酸素雰囲気中でTiターゲットをレーザーアブレーションすることにより生成されたTi、Ti^+、TiO密度の時間的・空間的挙動を2次元レーザー誘起蛍光法による可視化診断した。その結果から、酸素雰囲気中ではTiの生成機構がTi^+と電子の再結合だけでなく、Ti^+の酸化反応生成物であるTiO^+からの解離性再結合反応があることが分かった。また、Ti^+の酸化反応が非常に早いこと、TiOの酸化反応がTiの酸化反応よりも早く、プルーム内のTiOラジカルの生成が気相における反応からではなく、アブレーションによって酸化されたターゲットから生成されているものが支配的であることが分かった。(2)酸素ガス圧0.05から0.1Torrにおいて、200から250℃の低基板温度におけるアナターゼ型TiO2膜の成膜に成功した。作製した薄膜をXRD分析したところ、ガス圧0.05Torr、基板温度200℃においてアナターゼ(101)の鋭いピークがみられた。また、同じガス圧においても基板温度を400℃に加熱して成膜することにより、アナターゼ(101)のピークは見えなくなり、代わりにアナターゼ(004)のピークが大きくなることが分かった。このことから、本成膜法では基板の温度を制御することにより、膜の配向制御を行える可能性があることが分かった。

本年度は(1)Tiターゲットのレーザーアブレーションを行うことにより生成される各種活性種の気相における時間的・空間的な挙動。(2)Tiターゲットに対向して置かれた基盤上に作製されたTiO_2膜の特性の、基板温度、気相条件に対する依存性の2点について研究を行った。(1)酸素雰囲気中でTiターゲットをレーザーアブレーションすることにより生成されたTi、Ti^+、TiO密度の時間的・空間的挙動を2次元レーザー誘起蛍光法による可視化診断した。その結果から、酸素雰囲気中ではTiの生成機構がTi^+と電子の再結合だけでなく、Ti^+の酸化反応生成物であるTiO^+からの解離性再結合反応があることが分かった。また、Ti^+の酸化反応が非常に早いこと、TiOの酸化反応がTiの酸化反応よりも早く、プルーム内のTiOラジカルの生成が気相における反応からではなく、アブレーションによって酸化されたターゲットから生成されているものが支配的であることが分かった。(2)酸素ガス圧0.05から0.1Torrにおいて、200から250℃の低基板温度におけるアナターゼ型TiO2膜の成膜に成功した。作製した薄膜をXRD分析したところ、ガス圧0.05Torr、基板温度200℃においてアナターゼ(101)の鋭いピークがみられた。また、同じガス圧においても基板温度を400℃に加熱して成膜することにより、アナターゼ(101)のピークは見えなくなり、代わりにアナターゼ(004)のピークが大きくなることが分かった。このことから、本成膜法では基板の温度を制御することにより、膜の配向制御を行える可能性があることが分かった。