| 高次構造化酸化チタン触媒 |
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| 【技術分類】 |
| ２−Ａ 粉体触媒の製造 |
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| 【技術の名称】 |
| ２−Ａ−６ 高次構造化酸化チタン触媒 |
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| 【技術内容】 |
２方向傾斜析出法により、ユニークな形状のTiO2が開発されており、結晶形状をへリックス、ジグザグ、C型およびS型にコントロールした薄膜が報告されているので紹介する。円筒状にスパッタリングしたTiO2フィルムは光触媒活性が高いと報告されているが、系統的な報告がないため、傾斜析出したTiO2薄膜の役割について研究した。
ベース圧力1.2×10-4Paの電子線ビーム(EB)法蒸発装置を使用し、O2圧力6.7×10-3Pa、析出速度0.4−0.5 mm/sとし、ガラス基板から50cmの距離に設置したEB源より粒状Ti2O3を蒸発させて基板に析出させた。
ジグザグ、円筒およびへリックス型の調製方法は、基板を傾斜して設置し、基板をステッパーモーターで回転しながらTiO2蒸気を放射して析出させるが、TiO2の析出角度（α）と基板の傾斜角（φ）は２個の真空ステッパーモーターにより別々にコントロールする。ジグザグ型を作る場合、αは一定とし、φを間歇的に急速に変えた。円筒型とへリックス型の場合はφはステップバイステップに少しずつ変えた。
TiO2析出後、500℃で１時間焼鈍した。X線データから焼鈍品は光触媒反応に適しているAnatase 相のみとなっている。光触媒の活性はメチレンブルーの光漂白反応により測定した。図１にTiO2の析出角度と反応速度定数の関係を示している。最大反応速度はα=70°で得られ、形状では円筒型が最も高い活性を示すが、形状よりは析出角度の影響が大きい。 |
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| 【図】 |
| 図１ TiO2の析出角度と光触媒活性 |
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| 出典：「Photocatalysis of sculptured thin films of TiO2．」、「Appl Phys Lett VOL. 78 NO. 25」、（2001年）、SUZUKI M、ITO T、TAGA Y著、American Institute of Physics発行、3969頁 FIG. ３ The relationship between rate constant and deposition angle for all samples is shown. Reprinted with permission from American Institute of Physics |
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| 【応用分野】 |
| 高次構造を有する高性能光触媒の製法 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「Appl Phys Lett VOL. 78 NO. 25」、（2001年）、SUZUKI M、ITO T、TAGA Y著、American Institute of Physics発行、3968頁〜3970頁 |
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| 【技術分類】 |
| ２−Ａ 粉体触媒の製造 |
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| 【技術の名称】 |
| ２−Ａ−６ 高次構造化酸化チタン触媒 |
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| 【技術内容】 |
フォトニック結晶として重要となる３次元配列構造のナノサイズTiO2の製法について紹介する。規則配列構造体の製造は各種あるが、安価でしかも取り扱い容易な製法がない。このため、以前にバイオミミックの手法により植物繊維や葉脈等をテンプレートとして過飽和溶液から細孔内に正確にTiO2構造を複製した。今回は有機物型材を利用して結晶性TiO2構造体の複製を行った。
シリコンウエファーにPMMAレジストをコーティングし、X線によりPMMAフィルムを作成した。PMMAの親油性表面はTiOSO4水溶液からのTiO2結晶の成長に適している。マイクロチャンネルプレートを通してシンクロトロンによりX線照射後、室温でメチルエチルケトンによりエッチングして、PMMAフィルム上に周期的配列の細孔（microcavities）を形成した。このPMMA型材をTiO2前駆体である過飽和状態のTiOSO4酸性水溶液に浸漬した。超音波により脱ガスした後、60℃で不均一系核生成法によりTiO2結晶を成長させ、細孔は１週間後にTiO2結晶で満杯となった。この型材を純水で洗浄後室温で乾燥した。更にガラス板をポリビニルアルコールにより型材表面に接着し、その後型材をエチルアセテートで溶解して、ガラス板上に規則的に配列したTiO2微細構造物の正確な複製物を得た。
この構造体は変形がなく、又焼成しなくてもTiO2結晶構造となっている。また型材の細孔構造をコントロールすることによりTiO2の形状を変えることもできる。 |
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| 【図】 |
| 図１ 規則性配列した３次元ナノスケールTiO2構造体の製法 |
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| 出典：「Biomimetic Approach for Exact Control of TiO2 Periodic Microstructures」、「Chem Lett NO.７」、（2002年）、YAMABI S、IMAI H、AWAZU K著、日本化学会発行、714頁 Figure １ Schematic process for preparation of a TiO2 microprojection with a supersaturated solution and aqueous solution and PMMA mold. |
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| 図１の説明：シリコンウエファー上のPMMA型材に細孔を形成し、細孔内にTiO2を結晶化させ、型材にガラス板を接着後、溶解して３次元規則構造体のナノスケールTiO2結晶を作成する。図のPVAはガラスの接着剤である。 |
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| 図２ PMMAの型材とTiO2３次元配列構造体のFESEM写真 |
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| 出典：「Biomimetic Approach for Exact Control of TiO2 Periodic Microstructures」、「Chem Lett NO.７」、（2002年）、YAMABI S、IMAI H、AWAZU K著、日本化学会発行、715頁 Figure ３ FESEM micrographs of PMMA molds(a) and (c), and TiO2 microprojections (b) and (d). The crystal phases of TiO2 shown in (b) and (d) were anatase and rutile respectively. The tilt angle for the FESEM observation is 45°. |
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| 【応用分野】 |
| フォトニック結晶モデルを用いた高次構造光触媒の開発 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「Chem Lett NO.７」、（2002年）、YAMABI S、IMAI H、AWAZU K著、日本化学会発行、714頁〜715頁 |
