構造制御された機能性無機化合物薄膜の水溶液プロセスによる作製

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水溶液中での化学的、電気化学的な反応を利用した金属硫化物薄膜の析出に関して、前年度までの薄膜形成機構に関する基礎的検討をさらに掘下げると共に、新規な反応系における薄膜作製についても取り組んだ.チオアセトアミドとカドミウム塩を含む酸性溶液からの硫化カドミウム薄膜作成について、薄膜成長の詳細な速度論的解析を行い,基板上での電気化学的プロトン還元が基板表面状態を制御し、反応中間種となるカドミウム錯体の分解を促して、atom by atomなCdS薄膜の成長が実現されていることが明らかとなった。すなわち本系におけるCdS薄膜の形成はいわゆるメッキプロセスとは異なり、電気化学反応によって誘起された化学析出であると理解される。新規な反応系として金属チオシアナト錯体の電気化学的還元による金属硫化物薄膜の作製に取り組んだ。チオシアナト錯体の分解による溶液中での金属硫化物の形成は起こらないが、これらを電気化学的に還元すると、基板電極上でのみ金属硫化物の析出が起こる。SCN^-イオンのS原子での配位を許容する柔らかい酸であるCd^<2+>,Co^<2+>,Ni^<2+>,Pd^<2+>などはこの反応に従うが、N原子での配位のみを許容する硬い酸のZn^<2+>,In^<3+>については金属硫化物の形成が起こらず、電極反応種の化学構造が硫化物形成に関わっている事が明らかとなった。本系における薄膜成長は溶液中での反応の影響を全く受けないことから、atom by atomな薄膜成長を実現し、CdS(002)//Ni(111)のへテロエピタキシーを可能とした。上記の研究の他、溶液中に共存する化学種による薄膜構造制御にも取り組んだ。硝酸亜鉛水溶液からの酸化亜鉛薄膜のカソード析出において、スルホン酸基を有する水溶性の有機色素を浴中に共存させることにより、これらの色素分子で表面修飾された酸化亜鉛薄膜が得られ、その光電気化学測定から膜中に導入された色素が酸化亜鉛に対する増感剤として機能することが明らかとなった。また、色素分子の吸着はZnOの結晶成長に影響を及ぼし、薄膜の構造を著しく変化させることも明らかとなった。