世界初！低温で酸化チタンの結晶を連続成膜する新技術の成功

酸化チタンの連続成膜技術の革新

岐阜大学工学部の萬関一広准教授を中心とした研究グループが、酸化チタンに関する画期的な研究成果を発表しました。従来の技術では、高温・高圧の条件下で結晶構造を形成する必要がありましたが、今回の研究では、80℃以下の条件で異なる結晶型を選択的に生成する手法を確立しました。

研究の背景

酸化チタン（TiO2）は、白色顔料や光触媒として広く利用されている材料です。また、電気化学分野でも太陽光による水分解や光触媒機能で着目されています。しかし、これまで酸化チタンの異なる結晶構造を持つものを同一の反応条件で成膜することは困難でした。今回の研究は、この課題を打破しました。

成功のポイント

実験では、酸化チタンのルチル型とアナターゼ型をそれぞれ異なる温度条件で合成。80℃未満での反応温度の制御により、わずか10℃の差で異なる結晶型を選択的に形成することに成功しました。この技術は、原子スケールで酸化チタンを積層する新しいアプローチであり、他の研究者たちからも高く評価されています。

期待される応用

この技術によって得られた酸化チタン材料は、ソーラー水分解やフレキシブル太陽電池など、次世代エネルギー材料としての利用が期待されています。また、光触媒としての機能が向上することにより、環境浄化や持続可能なエネルギー生産の促進にも寄与するでしょう。

研究成果の詳細

研究では、塩化物イオンが結合したチタンオキソクラスターの水溶液中で、特定の温度条件下におけるTiO2の結晶成長を詳しく調査しました。その結果、60℃から70℃の間でTiO2の結晶型が明確に変わることが確認されました。例えば、70℃で形成されたアナターゼ型は平均粒径が4 nmであったのに対し、60℃では9 nmのルチル型が得られました。

このような低温での成膜プロセスは、有機的な添加剤を使用せずに実施され、コストを抑えた持続可能な生産方法として期待されています。また、電子移動特性が向上していることも確認されています。

今後の展望

この新たな技術は、金属錯体とナノ粒子を結びつける新しい物質創製の可能性を開き、フレキシブルな太陽電池や人工光合成など、さまざまな応用に展開されることが期待されています。

本研究は、東京応化科学技術振興財団や立松財団などからの支援を受けて実施されました。さらに、研究成果は2025年7月29日に国際誌「Chemical Communications」で発表されます。この技術は、持続可能なエネルギー技術の発展の一助となることでしょう。