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Efficiency improvement of semiconductor photocatalysts by multi-dimensional band endineering

通过多维能带工程提高半导体光催化剂的效率

基本信息

批准号：
21H04551
负责人：
杉山正和
金额：
$ 27.46万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

再生可能エネルギーの時間・空間的な偏在を克服して主要なエネルギー源とするために不可欠な燃料への転換を低コストで実現し得る技術として期待されている，太陽光からの水素直接製造を担う半導体光触媒について，半導体物理を基軸に学術的知見を蓄積して高効率化指針を構築するための基盤構築を進めた．光励起された電子・正孔の空間分離を行うために表面修飾される助触媒近傍での速度過程を探求するためのモデル系として，モデル半導体であるGaNエピタキシャル結晶表面に，助触媒のモデルとしてオーム性とショットキー性の2種の金属電極を形成し，かつGaNと2種の電極の電位を光触媒としての動作環境で同時計測できる新規構造の開発に成功した．具体的には，オーム性接触のコンタクト（電子を捕集する電極）としてPt/Ti/GaNを，ショットキー接触のコンタクト（正孔を捕集する電極）としてPt/GaNを，それぞれGaN表面にシャドーマスクを用いた真空蒸着法により櫛形電極構造をとって形成した．蒸着法を採用した理由は，フォトレジストを用いた微細加工プロセスによってGaN表面が汚染され得るが，金属電極形成後では効果的な表面洗浄が困難であると予期したためである．作製したモデル構造に電解液中で紫外光を照射したところ，水素の発生が確認され，本構造が助触媒を導入して水素発生効率を向上させた半導体光触媒のモデルとして動作することが実証された．なお，同時に発生しているはずの酸素については，現在測定を試みている．本モデル構造による解析では，光照射・水素発生中に半導体と2種の電極の電位をオペランド測定できることが従来にない利点である．現状では，測定された２つの電極の電位と水素発生・酸素発生の電極電位（酸化還元ポテンシャル）の間に不可解な関係があり，引き続き光照射条件等を変化させて解析を続ける予定である．

Regeneration is possible due to the partiality of time and space. The main source of the problem is to overcome it.るためにcannot oweなfuelへの転changeをlowコストで実nowしgetるTechnologyとしてLooking forward to itされている, direct production of sunlight, からのhydrogen, をtan, うsemiconductor photocatalyst, について, semiconductor physics をbasic axis, academic knowledge を accumulation, して high-efficiency pointer をconstruction, するためのbase construction を Advance めた． Photo-excited electrons, space separation of positive holes, surface modification, auxiliary catalyst, close proximity, speed processをExplore the するためのモデル system として, モデル semiconductor であるGaN エピタキシャル crystal surface に, Two kinds of metal electrodes are formed by the properties of the catalyst booster, GaN and GaN The potential of the two electrodes and the photocatalyst and the operating environment were simultaneously measured, and the new structure of the new regulation was successfully developed. Specifically, には, オームsexual contact のコンタクト (electron capture するelectrode) としてPt/Ti/GaNを, ショットキーcontact のコンタクト (positive hole をTrapping electrode) Pt/GaN electrode, GaN surface electrode The ーマスクを is formed using a vacuum evaporation method and a comb-shaped electrode structure. The reason why the steaming method is adopted is that the surface of GaN is finely processed using the steaming method. Contamination is not a problem, and it is difficult to clean the surface after the metal electrode is formed, so it is not expected. The structure of the production is irradiated with ultraviolet light in the electrolyte, and the hydrogen is produced and confirmed, and the structure is assisted. The efficiency of hydrogenation is improved by introducing the medium into the semiconductor photocatalyst.なお, at the same time, に発生しているはずの acid element については, now determine the をtest みている. The structure of this module is analyzed and analyzed, and the potential of the two kinds of electrodes in the semiconductor produced by light irradiation and hydrogen is measured and the point is measured. The current situation is that we measure the potential of the electrode of the された2つの and the electrode potential of the hydrogenation and acidification (acidification and reduction of the electrode)ル) There is no unsolvable relationship between the があり, and the き続きlight irradiation conditions, etc. を変化させてanalytics を続けるpredeterminedである.