プラズマ付着反応種を利用したコロイダル亜鉛酸化物ナノ構造の合成

要約 サーフェス波マイクロ波放電を用いて、反応性酸素および窒素種（RONS）を液体に付着させ、その後亜鉛金属ターゲットのレーザーアブレーションの媒介として使用される。プラズマ処理した液体でのレーザーアブレーション中にH₂O₂濃度が減少し、脱イオン水（DIW）では大幅なH₂O₂が生成されることが示された。一方、初めに還元金属を用いて調整されたpHは、酸性液体では増加し、アルカリ性液体では減少する。数ヶ月間の保存中、コロイドのpHはpH 6周辺で安定し、RONSの長期安定性を確保する。DIWにおいては金属亜鉛ナノ粒子が生成され、保存中に徐々に酸化するが、プラズマ処理した液体では平均サイズが18 nmのZnOナノ粒子が生成される。アルカリ性プラズマ処理液中ではナノ粒子が大きな集合体を形成し、ナノ粒子の溶解を遅らせる。酸性および中性溶液ではナノ粒子に加えてナノシートも形成され、保存中にナノ粒子の溶解の結果としてナノシートネットワークに進化する。コロイダルZnOのバンドギャップは、集合体およびナノシートネットワークの形成に伴い減少することがわかった。プラズマ処理した液体でアブレーションされたZnOナノ粒子は、緑から赤の分光範囲をカバーする高強度の可視放出を示す。フォトルミネッセンススペクトルは、以前にレーザーアブレーションされたZnOナノ粒子では検出されず、間隙Znおよび酸素サイトに起因するオレンジ-赤色放出と、表面上のOH基に起因する黄色放出に支配される。数ヶ月間の保存中に、ナノ粒子の溶解とナノシート形成により、可視放出の強度が減少し、青緑の分光範囲にシフトすることが示された。