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太陽光と水から水素を生成するための垂直配向性金属酸窒化物ナノワイヤの研究

用于利用阳光和水制氢的垂直排列金属氮氧化物纳米线的研究

基本信息

批准号：
11J04501
负责人：
鐘苗
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題は高性能な光電気化学電池の光触媒・光半導体電極材料を目指した、導電性酸窒化物一次元ナノ構造体の構築形成手法に関する研究である。前年度に引き続き,今年度に(1)垂直配向性ZnOナノワイヤアレイ膜の製作の最適化、(2)垂直配向性水に融解しないZnO-ZnGaONコアーシェル型ナノワイヤアレイ膜の製作、(3)ZnO-ZnGaONコアーシェルナノワイヤアレイ膜の光電気化学特性の評価を行った。(1)垂直配向性ZnOナノワイヤアレイ膜の製作の最適化前年度に引き続き,ZnO粉末を用いたCVD法によるZnOナノワイヤアレイ膜の製作を改善した。達成したZnOナノワイヤの長さは0-30μm、直径50-150nmであり、ZnO膜の厚さは1-5μmである。(2)垂直配向性ZnO-ZnGaONコア-シェル型ナノワイヤアレイ膜の製作ZnOとGa203混合粉末を使用し、ZnOコア-シェルナノワイヤアレイ膜を利用し、アンモニアガスを用いた。CVD法による水に融解しないZnO-ZnGaONコア-シェルナノワイヤアレイ膜を製作した。走査型電子顕微鏡(SEM)、X線光電子分光スペクトル(XPS)によってZnO-ZnGaONコア-シェルナノワイヤアレイ膜が得られたことを確認した。(3)ZnO-ZnGaONコア-シェルナノワイヤアレイ膜の光電気化学特性の評価電極系を用い、水に融解しないZnO-ZnGaONコア―シェルナノワイヤアレイ膜の光電気化学測定を行った。参照極はAg/AgCl、対極はPt線、支持電解質は0.5M Na2SO4(pH13)、光源はソーラシミュレータ(AM1.5)を用いた。0.8V vs.RHEにおいて1.5mA cm-2という大きな光電流を示した。0.7V vs.RHEにおいて光エネルギーの化学エネルギーへの変換効率(Solar to Hydrogen)は0.75%であった。さらに、ZnO-ZnGaONコア-シェルナノワイヤアレイ膜の光電極の安定性が高く、0.8V vs.RHEにおいて1.5mA cm-2光電流は1時間安定したことを示した。

The purpose of this project is to study the construction and formation methods of photocatalyst and photosemiconductor electrode materials for high-performance photoelectrochemical cells and conductive acid compounds. This year, we conducted research on (1) Optimization of Fabrication of Perpendicular ZnO Films,(2) Fabrication of Perpendicular ZnO-ZnGaON Films Melted in Water, and (3) Evaluation of Photoelectrochemical Properties of ZnO-ZnGaON Films. (1)Optimization of Fabrication of Vertical Alignment ZnO Film by CVD Method The ZnO film length is 0-30μm, the diameter is 50-150nm, and the ZnO film thickness is 1-5μm. (2)Fabrication of ZnO and Ga203 mixed powders for vertically-oriented ZnO-ZnGaON films CVD method for the production of ZnO-ZnGaON film by water melting Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to confirm the existence of ZnO-ZnGaON films. (3) Evaluation of photoelectrochemical properties of ZnO-ZnGaON films electrode systems dissolved in water and ZnO-ZnGaON films photoelectrochemical measurements. Ag/AgCl for reference electrode, Pt line for counter electrode, 0.5M Na2SO4 (pH13) for supporting electrolyte, AM1.5 for light source 0.8V vs. RHE 1.5mA cm-2 High photocurrent is indicated. 0.7V vs. RHE Light and Chemical Conversion Rate (Solar to Hydrogen) 0.75% The stability of the photoelectrode of ZnO-ZnGaON film is high, 0.8V vs. RHE, 1.5mA cm-2 photocurrent is stable for 1 time.