(57)【要約】【課題】  環境浄化等のために使用する酸化亜鉛光触媒薄膜に関する。【構成】基板表面に酸化亜鉛薄膜が形成されてなる光触媒薄膜であって、前記酸化亜鉛薄膜は、そのＣ−軸が基板に対して垂直に成長しており、かつその表面が窒素ラジカル処理されてなることを特徴とする光触媒薄膜である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に酸化亜鉛薄膜が形成されてなる光触媒薄膜であって、前記酸化亜鉛薄膜は、そのＣ−軸が基板に対して垂直に成長しており、かつその表面が窒素ラジカル処理されてなることを特徴とする光触媒薄膜
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面に酸化亜鉛薄膜が形成されてなる光触媒薄膜に関する。
【従来技術】
【０００２】
酸化亜鉛はガラスをはじめとした基板表面には容易に薄膜化可能である。ＭＯＣＶＤ法でＣ−軸配向した酸化亜鉛薄膜を合成することができる。酸化亜鉛は光触媒として用いられるが、従来の酸化亜鉛光触媒は、材料形態が粉末であるものが多い。また、薄膜の形態の酸化亜鉛光触媒も知られており（例；特許文献１）、酸化亜鉛光触媒に窒素を添加する試みもある（例；特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−２９９７９１号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
酸化亜鉛薄膜の配向の容易さは多くの文献で見られる。安価なガラスをはじめとした多くの基板で報告されている。薄膜に窒素を添加する試みも行われているが、酸化亜鉛薄膜中に窒素だけを成膜時に添加すると配向性や結晶性の低下を引き起こし、酸化亜鉛の透明性を維持しながら１ａｔ％以上の窒素を添加することは困難である。本発明は、窒素を十分高濃度になるように添加して光触媒機能を良好に発揮する光触媒薄膜の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、窒素添加ではなく酸化亜鉛表面のラジカル処理で、酸化亜鉛の透明性を維持しながら触媒活性を向上させることができることを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明の光触媒薄膜は、そのＣ−軸が基板に対して垂直に成長しており、かつその表面が窒素ラジカル処理されてなることを特徴とする構成を採用した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の光触媒薄膜は、光触媒活性は従来に比べ３倍程度の向上が見られる。光触媒反応が表面反応であることを考えると、表面修飾により表面の酸素占有サイトを窒素で置換することにより、酸化亜鉛中に正孔が供給され、もともと酸化亜鉛に存在する電子との作用で、光触媒活性が向上したものである。
【発明の実施の形態】
【０００７】
このような高配向の酸化亜鉛光触媒薄膜は基板表面にＭＯＣＶＤ法によって形成可能である。さらに、ＭＯＣＶＤ装置に搭載されているラジカル源で窒素ラジカルを酸化亜鉛薄膜に照射できる。このような酸化亜鉛薄膜に１×ｌ０−２から１×１０−５Ｔｏｒｒの範囲で窒素ラジカルを照射する。窒素ラジカル照射は、酸化亜鉛基板の温度５０℃から４００℃の範囲で表面上の窒素が確認される。基板の温度がこの温度範囲外では窒素ラジカル処理による表面上での窒素が検出されない。また、照射時間に関しては、１０分以上では表面で検出される窒素量に変化がない。
【実施例】
【０００８】
比較例１酸化亜鉛薄膜の合成はＭＯＣＶＤ法で行った。亜鉛ソースに安価な亜鉛アセチルアセトナートを用い８５℃、アルゴン気流中で気化させ、真空チャンバー内のリングインジェクターから基板に噴射した。表１に示す酸化亜鉛合成条件で、酸素は基板上１５ｃｍに搭載されたラジカル源から基板にラジカルとして照射し、基板上で反応させ厚さ約５００ｎｍの酸化亜鉛薄膜を合成した。
【表１】
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【０００９】
その後、Ｘ−線回折法で酸化亜鉛薄膜の配向性を調べた。図５に示した通り、酸化亜鉛の強い（００２）ピーク強度と弱い（００４）ピークが検出され、酸化亜鉛が基板に対してＣ−軸が垂直に成長していることを確認した。また、ＭＯＣＶＤ法で合成した酸化亜鉛薄膜表面をオージェ分光法で調べた。図６にオージェ分光法で得られたスペクトルを示す。この表面では酸化亜鉛表面に窒素のピークは検出されなかった。
【００１０】
実施例１比較例１と同じ条件で酸化亜鉛薄膜を合成した。その後、そのままＭＯＣＶＤ装置を用いて、窒素ラジカルを真空度４×１０−４Ｔｏｒｒ、基板温度１５０℃で１５分間照射した。その後、酸化亜鉛薄膜をオージェ分光法で調べ、窒素が酸化亜鉛薄膜上に存在することを確認した。図１にオージェ分光法で得られたスペクトルを示す。窒素の存在は窒素ラジカル処理の効果である。
【００１１】
実施例１で得られた酸化亜鉛薄膜の表面をＸＰＳ法で酸化亜鉛表面における窒素の状態を調べた。図２にＸＰＳで得られた窒素のスペクトルを示す。これによると、酸化亜鉛上の表面の窒素の状態はほとんど窒素分子であり、一部酸化亜鉛の酸素サイトを置換していることが分かった。この酸化亜鉛格子中の酸素サイトを置換した窒素が酸化亜鉛に正孔を供給している。
【００１２】
実施例１で窒素ラジカル照射した酸化亜鉛薄膜の吸収スペクトルを波長３４０ｎｍから９００ｎｍの範囲で測定した。可視光領域から紫外領域のバンド端まで８５％以上の透過率があり、窒素照射が光吸収に与える影響は見られないことを確認した。
【００１３】
実施例１および比較例１で得られた酸化亜鉛薄膜の光触媒の評価を行った。光触媒活性の評価は、酸化亜鉛薄膜を石英製の容器に入れ、１０００ｐｐｍのアセトアルデヒドを含むガスを充填する。そこに紫外光を照射して、酸化亜鉛の光触媒反応で分解された二酸化炭素を各反応時間で測定した。図３に測定結果を示す。その結果、実施例１の窒素ラジカル照射処理をした酸化亜鉛薄膜から得られる、二酸化炭素の量は、処理なしの酸化亜鉛薄膜を用いた場合の生成量よりも３倍程度に達することが分かった。これは、窒素ラジカル照射により酸化亜鉛表面に窒素が吸着することの効果である。
【００１４】
実施例２窒素ラジカルの照射時間を３０分とした以外は実施例１と同じ条件で窒素ラジカル処理をした。図４にオージェ分光法で得られたスペクトルを示す。窒素ラジカルを３０分照射しても強度に変化がないことを確認した。
【００１５】
比較例２基板温度を５００℃とした以外は実施例１と同じ条件で窒素ラジカル処理をした。図７にオージェ分光法で得られたスペクトルを示す。窒素の存在は確認できなかった。
【００１６】
酸化亜鉛薄膜は基板によらずＣ−軸配向し易い物質である。本発明は、Ｃ−軸配向した酸化亜鉛薄膜へ基板温度が低い条件で、窒素ラジカルを短時間照射する。この処理条件のため、ラジカル処理が酸化亜鉛薄膜やその基板に与える影響が殆どない。このため、２００℃程度の基板温度条件で合成された酸化亜鉛に対しても同様のラジカル処理を施せ、酸化亜鉛の応用の広がりが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１で窒素ラジカル処理した酸化亜鉛薄膜のオージェ分光法で得られたスペクトル図である。
【図２】実施例１で窒素ラジカル処理した酸化亜鉛薄膜表面のＸＰＳで得られた窒素のスペクトル図である。
【図３】実施例１および比較例１で得られた酸化亜鉛薄膜の光触媒の評価結果を示すグラフである。
【図４】実施例２で合成した酸化亜鉛薄膜のオージェ分光法で得られたスペクトル図である。
【図５】比較例１で合成した酸化亜鉛薄膜のＸ−線回折バターン図である。
【図６】比較例１で合成した酸化亜鉛薄膜のオージェ分光法で得られたスペクトル図である。
【図７】比較例２で合成した酸化亜鉛薄膜のオージェ分光法で得られたスペクトル図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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