Preparation of epitaxial TiO films by PLD for photocatalyst applications

光触媒応用に向けたPLD法によるエピタキシャル TiO膜の作製

八巻 徹也; 住田 泰史; 山本 春也; 宮下 敦巳

Yamaki, Tetsuya; Sumita, Taishi; Yamamoto, Shunya; Miyashita, Atsumi

本研究では、KrFエキシマーレーザー蒸着によってサファイア(0001)基板上に TiOエピタキシャル膜を作製し、蒸着に用いるレーザーの強度を変化させたときの膜の結晶構造,表面形態について調べた。X線回折や顕微ラマン分光による分析結果から、(100)配向したルチル相に(001)配向のアナターゼ相がわずかに混合した膜が得られることを明らかにした。膜中における両相の混合比(アナターゼ/ルチル)はレーザー強度の減少とともに増大し、アナターゼ相の相対的な含有量を製膜条件で制御できることが示された。原子間力顕微鏡での観察によれば、最小のレーザー強度で作製した膜の表面は比較的大きな粒子から成りラフネスも大きかった。この膜は、その高いアナターゼ相含有量と大きな表面積によって、有機色素の光分解反応に対し高い活性を示した。

Pulsed laser deposition (PLD) with a KrF excimer laser was used to prepare epitaxial TiO films on a (0001) sapphire substrate. The crystalline structure and surface morphology of the films were then investigated as a function of the laser power density in the PLD. X-ray diffraction and Raman spectroscopy results showed that the films were composed of the (100) oriented rutile phase with a small amount of the (001) oriented anatase. The anatase-to-rutile ratio in such phase-mixed films was controlled by the laser power; the ratio increased as the power density decreased. From atomic force microscopy observations, the film deposited at the lowest power was found to have a rough surface consisting of coarse grains. This film exhibited the best photocatalytic performance during the decomposition of the organic dyes possibly due to the maximum relative content of anatase and the large surface area.