鉄を含有する複合酸化物半導体電極による水の光分解

使用含铁复合氧化物半导体电极光解水

• 批准号: 63550592
• 负责人: 松本 泰道
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1988
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1988 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-63550592/
• 关键词: 水の光分解; 半導体電極; 鉄複合酸化物

酸化チタンのバンドギャップ3eVより小さい2eVのバンドギャップの鉄複合酸化物、P-CaFe_2O_4、P-Sr_7Fe_<10>O_<22>、n-ZnFe_2O_4を合成し、これによる水の光分解について研究した。特にP-CaFe_2O_4は表面準位によるフェルミレベルピンニングが生じており、本研究では、これについて一応の改善が得られた。得られた知見をまとめると以下のようである。1)P-CaFe_2O_4の固有抵抗を下げるため、Caを他の一価金属で微量置換した。例えばNaをわずか置換すると抵抗は1〜2オーダー小さくなった。また多量の置換はむしろ再結合準位を増加させ、光電流を小さくさせる。また、最も問題であったフェルミレベルピンニングによる非オーミック接触がPt-Pd合金スパッタおよびこれの熱処理によって解決できた。酸化物サンプルの表面にPt-Pdをスパッタした後、600〜650℃で熱処理する時、最もオーミックコンタクトが取れた。2)P-CaFe_2O_4電極のオーミックコンタクトの成功のため、これによる水に光カソード分解電流が著るしく増加した。酸中での光電流は数10mA/cm^2にまで増加したが、同時に電極の光溶解も著しい。中性およびアルカリ中では光溶解は抑制されたが、光電流は小さくなってしまった。ところがその表面にPt-Pd合金を電着させると、貴金属の電極触媒作用のため、水素発生光電流は増加した。3)上記のように改善されたP-CaFe_2O_4電極とn-ZnFe_2O_4を組み合せたP/n接合型光電池により水の光分解を試みた。実際水素対酸素ガスの量は2対1であって水の完全光分解が生じていた。P-CaFe_2O_4電極の改善はうまくいっているが、未だn-ZnFe_2O_4電極の改善はできておらず、これがさらに改善されれば、太陽光による水の光分解効率は著しく増加すると考えられる。

p-cafe_2o_4，p-sr_7fe_ <10> o_ <22>，n-znfe_2o_4和n-Znfe_2o_4与2 eV的带隙合成，比氧化钛的带隙小，并通过此水进行了水的光降解。特别是，p-cafe_2o_4引起了由于表面水平引起的费米水平固定，这项研究提供了表面上的改进。所获得的发现总结如下：1）为了降低p-cafe_2o_4的电阻率，将痕量的Ca替换为其他单价金属。例如，稍微替换为NA可将电阻降低1-2个顺序。同样，大型替换宁愿增加重组水平并降低光电流。此外，通过溅射PT-PD合金和热处理解决了最有问题的费米水平固定引起的最有问题的非OHMIC接触。在氧化物样品表面溅射PT-PD后，当氧化物样品在600-650°C下进行热处理时，获得了欧姆接触。2）由于P-CAFE_2O_4电极的成功欧姆接触，这显着增加了水中的光含量分解电流。酸中的光电流增加到几十ma/cm^2，但与此同时，电极的光线解剂也很明显。在中性和碱中抑制了光电溶解，但是光电流变小。但是，当PT-PD合金在表面上电沉积时，由于贵金属的电催化，氢生成的光电流增加。 3）如上所述，使用P/N连接光伏电池尝试了水的光降解，其中改进了P-Cafe_2O_4电极和N-ZNFE_2O_4。实际上，氧气的氢量为2：1，导致水的完全光降解。 P-CAFE_2O_4电极的改进已经成功，但是N-ZNFE_2O_4电极的改善尚无可能，如果进一步改进，则认为由于阳光而导致的水的光降解效率将大大增加。