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窒化物半導体多孔質ナノ構造の電気化学的形成と機能化による可視光応答光触媒への応用

氮化物半导体多孔纳米结构的电化学形成和功能化在可见光响应光催化剂中的应用

基本信息

批准号：
14J01371
负责人：
熊崎祐介
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成28年度は、引き続きGaN多孔質ナノ構造の形状制御性の向上に向けた検討を行うとともに、GaN多孔質ナノ構造の構造特性と光電気化学特性の相関を系統的に調べ最適構造の模索を行った。主たる成果を以下に示す。1. GaN多孔質ナノ構造の形状制御性の向上を目的として、電気化学エッチング条件の最適化を行った。直線的な孔が形成され深い孔の形成に有利な条件である電圧10 Vでは配列密度が上がらず、15 Vまで電圧を上げると配列密度は大きくなるものの直線的な孔の形成は困難であった。そこで、最初に15 Vで高密度のピットを形成し、その後10 Vでエッチングを進行させたところ、配列密度及び孔深さを共に高い値を持つ直線性多孔質ナノ構造の形成に成功した。この結果から、電気化学エッチングは他のプロセスでは実現できないほどの高密度、高アスペクト比のナノ構造形成が可能であることを見出した。2. 昨年度確立した二段階異方性エッチングプロセスにより作製したGaN多孔質ナノ構造について光電気化学特性を調べた。孔径が30 nm以下では孔径の増加と共に外部量子効率が増加し、孔径30 nmで91 %と極めて高い値が達成された。しかし、孔径が30 nm以上になると外部量子効率が80 %程度まで減少した。これは孔径の増加と共に孔壁幅が減少し、空乏層の電界が減少することが原因と考えられた。そのため、高い変換効率の達成には孔壁幅を空乏層幅と一致するよう設計する必要があり、数ナノメートルオーダーで制御できる本手法の優位性を明らかにした。3. 疑似太陽光による水分解とガスクロマトグラフィによる生成ガスの定量分析を行うことで光触媒特性を評価した。多孔質ナノ構造電極では無加工電極に比べて光電流値が増加し、さらに光電流量に対する水素ガス生成量の割合（ファラデー効率）が増加することがわかった。

28 year は pp.47-53, lead き続き GaN porous ナのノ structure shape system royal sex のに upward to けた検 line for をうとともに, GaN porous ナノ structure のと photoelectric 気 chemical properties の phase masato を system the optimal structure のに adjustable べ die line cable をった. The main たる result を is shown below にす. 1. The shape control of the GaN porous ナノ structure <e:1> is aimed at を goals, と <s:1> て, て, and the optimization of electrical and chemical エッチググ conditions を is carried out った. Linear がな hole forming され deep hole いの form にな advantages である electric 圧 10 V では column density が deserve がらず, 15 V まで electric 圧を on げると with large column density はきくなるものの linear のな hole forming は difficult であった. そこで, initially に 15 V で high-density のピットをし, その after 10 V でエッチングを for させたところ, column density and び hole deep さを higher common にい numerical を hold つ linearity porous ナのノ structure form に successful した. この results から, electric chemical エ気ッチングは he のプロセスでは be presently できないほどの high density, high アスペクト than のナノが structure formation may であることを shows した. 2. Yesterday the annual establish した Duan Jie two different part エッチングプロセスにより cropping した GaN porous ナノ tectonic について photoelectric 気 chemistry を adjustable べた. Aperture が below 30 nm では aperture の raised と requirement by total にが raised し requirement by external quantum working rate, aperture 30 nm で 91% とめ extremely high てい numerical が reached された. The external quantum efficiency が is reduced by 80% to a certain extent, and the pore size is が30 nm or more になると. これは aperture の raised と requirement by total に hole wall painting が reduce し, empty layer の world がすることが reason と exam えられた. そのため, high いの - in sharper rate reached には hole wall painting を depletion layer of consistent とするよう design する necessary があり, several ナノメートルオーダーで suppression できる this gimmick の primacy を Ming らかにした. 3. The suspected sunlight による water decomposition とガスクロマトグラフィによる generated ガスの quantitative analysis line をうことで photocatalytic properties を review 価した. Porous ナノ structure electrode では no machining electrode に than べて photocurrent numerical が raised し, さらに photoelectric flow にす seaborne る water element ガス generation の cut close (ファラデー sharper rate) が raised plus することがわかった.