光触媒材料表面における触媒反応過程のナノダイナミクス研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では光触媒材料をターゲットとして、ナノスケールの表面構造や分子動態を動画で撮影可能な高速原子間力顕微鏡を用いて、固体触媒材料表面で生じるナノレベルの反応過程をリアルタイムにその場観察することで光触媒材料の抗菌機能のナノダイナミクスを明らかにすることを目的としている。初年度である本年は光触媒反応のナノ計測を実施するための基礎となる高速AFM装置環境の構築や高速AFM計測に適した光触媒材料の作製と生体サンプルの調製条件の検討を行った。高速AFMで光触媒反応の観察を行うには計測中に紫外線を照射する必要があることから、既存の高速AFM装置の光てこ光学系とは別に紫外線を照射するための光路系を構築し、観察中に可能な限り像を乱さず、観察領域全体に当たるようにした。また基板表面の平坦性がAFMで高分解能に光触媒反応過程を観察する上で重要であることから、幾つかの種類の金属酸化物固体材料基板を高速AFM装置に設置可能な微小サイズに切断した後、表面の研磨及び洗浄、焼成を行い、AFMで表面形状の評価を行った。原子レベルでの平坦性を示すステップテラス構造が観察された酸化チタンおよび酸化アルミニウム基板において、生体試料である脂質を含む緩衝溶液を滴下し、それぞれの基板上で脂質膜が展開する様子を高速AFMで溶液中観察することが出来た。そこでこれらの脂質膜を観察中に紫外線を照射したところ、光触媒材料である酸化チタン表面では脂質膜が分解する様子が観察された。一方で光触媒材料ではない酸化アルミニウム表面では同様に紫外線を照射しても脂質膜が分解する様子は見られなかった。これらの結果から、酸化チタン表面で観察された脂質膜の分解は光触媒反応に由来する過程であると考えられる。