液中プラズマによるナノ粒子形成過程の解明および反応モデルの提案

本研究では液中プラズマ法を用いてナノ複合材料を作製する技術を確立し、それを基に触媒作製を行い、さらにその触媒活性を評価することを目的としている。作製する触媒材料には金ナノ粒子と酸化チタンの複合材料を選択した。この材料は、金ナノ粒子が局在表面プラズモン共鳴によって可視光を吸収することを利用した可視光応答型の光触媒材料である。昨年度までに、金ナノ粒子溶液の吸光スペクトルから粒径を見積もる手法を確立し、それを元に粒径が電極間隔の大きさで制御可能であることを明らかにした。また作製後の金ナノ粒子が、電解質水溶液から受ける影響についても明らかにした。本年度は、液中プラズマによって電極から溶液中へ金が供給される原因について着目した。既往の報告では、この原因について、電極のジュール加熱による溶解よるとするものとプラズマ中のイオンによるスパッタであるとするものの二種類がある。そこで二体衝突シミュレーションコード(ＴＲＩＭ)を用いて、スパッタ収率の計算を行った。その結果、電極からの原子供給は、スパッタの寄与は少なく、ジュール加熱による溶解が支配的であるという結論を得た。昨年度までの知見とあわせて、液中プラズマで作製される金ナノ粒子は、金電極がジュール熱によって溶解して金原子として電極間の気泡中に供給され、その原子が気泡中で冷却されてナノ粒子へと成長し、溶液中へと分散するというメカニズムを提案した。光触媒活性はギ酸水溶液の分解実験で評価した。評価する触媒材料には、昨年度までの研究で作製した、金ナノ粒子を酸化チタンの上に担持した「金ナノ粒子担持酸化チタン」と金ナノ粒子を酸化チタン内部に含有させた「金ナノ粒子含有酸化チタン」の二種類を用いた。結果として、どちらの試料も光触媒活性を示した。また金担持酸化チタン材料については、担持する金ナノ粒子の粒径が小さいほうが優れた活性を示すことが明らかとなった。

本研究では液中プラズマ法を用いてナノ複合材料を作製する技術を確立し、それを基に触媒作製を行い、さらにその触媒活性を評価することを目的としている。作製する触媒材料には金ナノ粒子と酸化チタンの複合材料を選択した。この材料は、金ナノ粒子が局在表面プラズモン共鳴によって可視光を吸収することを利用した可視光応答型の光触媒材料である。昨年度までに、金ナノ粒子溶液の吸光スペクトルから粒径を見積もる手法を確立し、それを元に粒径が電極間隔の大きさで制御可能であることを明らかにした。また作製後の金ナノ粒子が、電解質水溶液から受ける影響についても明らかにした。本年度は、液中プラズマによって電極から溶液中へ金が供給される原因について着目した。既往の報告では、この原因について、電極のジュール加熱による溶解よるとするものとプラズマ中のイオンによるスパッタであるとするものの二種類がある。そこで二体衝突シミュレーションコード(ＴＲＩＭ)を用いて、スパッタ収率の計算を行った。その結果、電極からの原子供給は、スパッタの寄与は少なく、ジュール加熱による溶解が支配的であるという結論を得た。昨年度までの知見とあわせて、液中プラズマで作製される金ナノ粒子は、金電極がジュール熱によって溶解して金原子として電極間の気泡中に供給され、その原子が気泡中で冷却されてナノ粒子へと成長し、溶液中へと分散するというメカニズムを提案した。光触媒活性はギ酸水溶液の分解実験で評価した。評価する触媒材料には、昨年度までの研究で作製した、金ナノ粒子を酸化チタンの上に担持した「金ナノ粒子担持酸化チタン」と金ナノ粒子を酸化チタン内部に含有させた「金ナノ粒子含有酸化チタン」の二種類を用いた。結果として、どちらの試料も光触媒活性を示した。また金担持酸化チタン材料については、担持する金ナノ粒子の粒径が小さいほうが優れた活性を示すことが明らかとなった。