機能材料化学研究室

研究内容

セラミックスを様々な基材に自在にコーティングすることを目指しています。一般的には、セラミックスは高温熱処理が必要です。そのため、セラミックスをコーティングする基材は耐熱性が高いことが条件となり、セラミックスの応用を制限しています。機能材料化学研究室は、光反応を用いた、セラミックスの低温コーティング法の開発を軸に研究を展開しています。セラミックスの低温コーティングを通して、エレクトロニクス分野、エネルギー分野、医療分野など、各種産業分野を活性化し、社会貢献していきます。

1. 各種光源を用いたセラミックスの低温コーティング

産総研の土屋氏らによって開発された光MOD法（図1）を軸に研究展開しています。光MOD法は、金属のカルボン塩の前駆体膜にエキシマレーザ等の光を照射して、金属酸化物へと結晶化させる技術です。機能材料化学研究室では、光MOD法を用いて、太陽光と水から水素が製造できる積層型光電極を作製しています。光MOD法を用いることで、これまで熱平衡的に積層できなかった材料同士を積層させ、光電極としての性能を向上させることに成功しています。

図１　光MOD法の概略図

図2　エキシマレーザ照射によって、エピタキシャル成長している様子

2. プラズマと光を組み合わせた新規コーティングプロセスの開発

光MOD法にプラズマを組み合わせると、得られる薄膜の組成が変化します。酸素プラズマと組み合わせると、酸素がリッチな組成となります。この特性を活かして、窒素プラズマと組わせることで、金属窒化物の低温コーティングでに挑戦しています。窒化反応ど同時に、残留した酸素との反応が進行するため、金属窒化物の低温コーティングは一筋縄ではいきませんが、失敗を楽しんで、研究に励んでいます。

3. 光触媒の開発および反応機構の解明

上記２つとは指向が異なりますが、環境浄化とエネルギー創出を目的に、新規光触媒の開発および反応機構の解明に関する研究も行っています。これまで、種々の光触媒が開発されていますが、その反応機構については詳細に調べられていません。機能材料化学研究室では、光触媒内での電子移動経路と電子の酸素還元能を調べて、光触媒反応の全体像を追っています。将来は、1で述べた水と太陽光から水素が効率良く取り出せる光電極の開発につなげます。