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:
  • 金额:
    $ 27.46万
  • 依托单位:
  • 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 may エ ネ ル ギ ー の な partial in time, space を overcome し て main な エ ネ ル ギ ー source と す る た め に not owe な fuel へ の planning in low を コ ス ト で be し must now る technology と し て expect さ れ て い る, sunlight か ら の direct manufacturing を bear by water う semiconductor photocatalytic に つ い て, Semiconductor physics を base axis に academic knowledge を accumulation て high-efficiency pointer を construction するため <s:1> base disk construction を progress めた. Excitation light up さ れ た electronic, hole is の space separation line を う た め に surface modification さ れ る help catalyst nearly alongside で を の speed process to explore す る た め の モ デ ル department と し て, モ デ ル semiconductor で あ る GaN エ ピ タ キ シ ャ ル に crystal surface, help catalyst の モ デ ル と し て オ ー ム sex と シ ョ ッ ト キ ー sex の two metal electrodes の を し formation, か つ GaN と two の の electrode potential を photocatalytic と し て の action で environment and measuring で き る の open new rules structure 発 に successful し た. Specific に は, オ ー ム sexual contact の コ ン タ ク ト (electronic を 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 capture す る) electrode と し て Pt/GaN を, The それぞれGaN surface にシャド にシャド ス ス を を を を is formed by the vacuum evaporation method of <s:1> た によ with a comb electrode structure をとって to create an た. を steamed method using し た reason は, フ ォ ト レ ジ ス ト を with い た microfabrication プ ロ セ ス に よ っ て が GaN surface pollution さ れ have る が, metal electrode formed after で は unseen fruit な surface が at difficult で あ る と to period し た た め で あ る. Cropping し た モ デ ル tectonic に を で uv light irradiation in electrolyte し た と こ ろ, water element の 発 raw が confirm さ れ, this structure が help catalyst を import し て 発 raw water element working rate を upward さ せ た semiconductor photocatalytic の モ デ ル と し て action す る こ と が card be さ れ た. Born な お, at the same time に 発 し て い る は ず の acid element に つ い て は, now try determination を み て い る. This モ デ ル tectonic に よ る parsing で は, light, water element 発 raw に semiconductor と two の の electrode potential を オ ペ ラ ン ド determination で き る こ と が 従 to に な い tartness で あ る. Status quo で は, determination of さ れ た 2 つ の の electrode potential と 発 raw water element, element 発 acid raw の electrode potential (acidification yuan ポ テ ン シ ャ ル) between の に insolubility な masato is が あ り, lead き 続 き light conditions を variations change さ せ て parsing を 続 け る designated で あ る.

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Solar to hydrogen efficiency of 28.2% under natural sunlight achieved by a combination of five-junction concentrator photovoltaic modules and electrolysis cells
太阳能%20to%20氢%20效率%20of%2028.2%%20under%20natural%20sunlight%20achieved%20by%20a%20组合%20of%20五结%20聚光器%20光伏%20模块%20and%20电解%20cells
  • DOI:
    10.1039/d2se01754g
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yamaguchi Shingi;Watanabe Kentaroh;Minegishi Tsutomu;Sugiyama Masakazu
  • 通讯作者:
    Sugiyama Masakazu
単結晶窒化ガリウム基板を用いた光電極表面におけるキャリア移動機構の解明
使用单晶氮化镓衬底阐明光电极表面载流子运动机制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    落合 貴也,山口 信義;嶺岸 耕
  • 通讯作者:
    嶺岸 耕
Light-induced open-circuit potential to explore the quality of semiconductor photoelectrodes for solar water splitting
光致开路电位探索太阳能水分解用半导体光电极的质量
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Masakazu Sugiyama;Yuki Imazeki;Supawan Ngamprapawat;Masahiro Sato;Tsutomu Minegishi;Katsushi Fujii
  • 通讯作者:
    Katsushi Fujii
水素生成用(ZnSe)x(Cu(In, Ga)Se2)1-x光カソードにおける組成傾斜の効果
(ZnSe)x(Cu(In, Ga)Se2)1-x光电阴极成分梯度对产氢的影响
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    嶺岸 耕;山口 信義;杉山 正和
  • 通讯作者:
    杉山 正和
GaNモデル光触媒-Pt助触媒間におけるオーム性接触形成の効果
GaN模型光催化剂和Pt促进剂之间欧姆接触形成的影响
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    落合 貴也;山口 信義;杉山 正和;嶺岸 耕
  • 通讯作者:
    嶺岸 耕
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杉山 正和其他文献

エピタキシャルリフトオフによる薄膜多重量子井戸太陽電池の開発
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中田 達也;渡辺 健太郎;宮下 直也;ソダーバンル ハサネット;岡田 至崇;中野 義昭;杉山 正和
  • 通讯作者:
    杉山 正和
サブキロワットスケール太陽光水素生成システムの高効率屋外動作
次千瓦级太阳能制氢系统户外高效运行
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    太田 靖之;杉山 正和;西岡 賢祐
  • 通讯作者:
    西岡 賢祐
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    森祐樹;櫻庭政夫;室田淳一;土屋敏章;木村 滋;土屋敏章;杉山 正和;笠井 勇希
  • 通讯作者:
    笠井 勇希
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Pt梳状电极SrTiO3模型光催化剂中的水分解反应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    沈 昊哉;遠藤 達朗;嶺岸 耕;杉山 正和
  • 通讯作者:
    杉山 正和
Pt櫛型電極を水素生成サイトとするGaNモデル光触媒の解析
以Pt梳状电极为产氢点的GaN模型光催化剂分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    遠藤 達朗;沈 昊哉;嶺岸 耕;杉山 正和
  • 通讯作者:
    杉山 正和

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全固体電池の性能向上のための電荷移動制御
电荷转移控制提高全固态电池性能
  • 批准号:
    23KF0141
  • 财政年份:
    2023
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    $ 27.46万
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    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
量子井戸中間バンド太陽電池の作製と光学的評価
量子阱中带太阳能电池的制造和光学评估
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    Grant-in-Aid for JSPS Fellows

相似海外基金

The role of photocatalyst/electrolyte interface structure in photocatalytic process
光催化剂/电解质界面结构在光催化过程中的作用
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Ga2O3基异质结器件应用研究
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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
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    Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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