遷移金属酸化物混晶薄膜による可視光応答型半導体光電極の研究開発

采用过渡金属氧化物混晶薄膜的可见光响应半导体光电极的研究与开发

• 批准号: 14J11989
• 负责人: 増子 尚徳
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11989/
• 关键词: 光触媒; 半導体光電極; 酸化鉄; イルメナイト

太陽光水分解水素製造を担う光電極材料の開発は重要な研究課題である．従来，dn (n = 0, 10) 系遷移金属酸化物への不純物ドーピングで高い可視光水分解能を達成している．一方，dn (n ≠ 0, 10) 系遷移金属酸化物は価数搖動やd-d遷移の複雑さ故，高い可視光水分解能を得るための材料設計指針が明確にされていない．そこで本研究では，dn系遷移金属酸化物の良質な単結晶薄膜を作製し，配向，表面状態，組成，電子構造を系統的に制御し，それらの因子が光電気化学特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした．一つ目にα-Fe2O3光電極の面方位と光電気化学特性の相関について研究した．パルスレーザ堆積法によりc-およびm-sapphire基板上にα-Fe2O3/Ta:SnO2二層膜をエピタキシャル成長させることで，c及びm軸方向に単一配向したα-Fe2O3光電極構造を作製した．結果として，m軸配向の方が光電流は大きく，c軸配向の方が光電流の立ち上がりポテンシャルは低いことが分かった．また，表面準位容量がc軸とm軸配向で大きく異なり，電解液と接触した際に形成される表面終端構造や酸素原子密度の違いによるものであることが強く示唆された．二つ目に同周期内の元素傾向を調べるため，イルメナイト型構造MTiO3 (M = Mn, Fe, Co, Ni) の薄膜合成と光水分解能について研究した．パルスレーザ堆積法によりTa:SnO2/m-sapphire上にMTiO3薄膜を作製した．結果として，放射光を使用した実験と第一原理計算の両者から，MTiO3の電子構造を明らかにした．そして電子構造の特徴に由来する，水溶液中での光電流-電圧特性の違いを観測した．加えて，光電気化学インピーダンス測定から表面準位やエネルギーバンド構造を考察した．

In recent years, dn (n = 0,10) is a system of transfer metal acidates. It can be seen that the energy of light-water decomposition can be reduced. On the one hand, dn (n ≠ 0,10) is a complex process of transfer metal acid compounds. The design of high temperature luminous hydrolyzable materials indicates that the temperature field is very clear. In this study, DN is used for the preparation, alignment, surface morphology, composition and control of the electronic manufacturing system. The chemical properties of the α-Fe2O3 film on the substrate of c-Fe2O3/Ta:SnO2 substrate were studied by the active stacking method, and the growth of the α-Fe2O3/Ta:SnO2 bipolar film on the substrate was greatly improved. In the direction of c and m, the optical system is used in the direction of α-Fe2O3. As a result, the optical current of the optical current is large, the optical current of the optical current is high, the optical current is low, and the surface alignment capacity is high. The contact temperature of the solution forms the atomic density of sulfonic acid at the end of the surface, and the atomic density is not strong enough to show that it is instigated. The two elements are in the same cycle. Thin film fabrication of MTiO3 (M = Mn, Fe, Co, Ni) thin film synthesis phosphohydrodissociation energy analysis is performed. The MTiO3 thin film on the Ta:SnO2/m-sapphire is fabricated by the active method. The results show that the radiation spectrum is calculated by the first principle of the emission spectrum, and the temperature field is calculated by using the first principle of the radiation spectrum. The reason why the MTiO3 thin film is built by the microwave computer is used. The characteristics of photovoltaic current-electricity in aqueous solution are different from each other. In addition, photoelectrochemistry is used to determine the alignment of the surface and the preparation of the surface.

项目成果

界面終端面を制御した金属酸化物ヘテロ接合の可視光水分解特性

具有受控界面终止面的金属氧化物异质结的可见光水分解特性

• 发表时间: 2015
• 作者: 中村研太郎;増子尚徳;吉松公平;大島孝仁;大友明
• 通讯作者: 大友明

配向を制御したFe2O3薄膜のインピーダンス測定評価

可控取向 Fe2O3 薄膜的阻抗测量评估

• 发表时间: 2015
• 作者: W. Wu;Y. Hu;H. Hashimoto;T. Ando;T.Shiraki;M. Yagiura;増子尚徳
• 通讯作者: 増子尚徳

東京工業大学 理工学研究科 大友研究室ホームページ

东京工业大学理工学院研究生院大友实验室主页

東京工業大学 理工学研究科 応用化学専攻 大友研究室ホームページ

东京工业大学理工学院研究生院应用化学系大友实验室主页

Growth control of CoPi co-catalysts on Fe2O3 by microwave interfacial heating.

通过微波界面加热控制 CoPi 助催化剂在 Fe2O3 上的生长。

• 发表时间: 2015
• 作者: Masato Maitani;Takuya Yamada;Hisanori Mashiko;Kohei Yoshimatsu;Takayoshi Oshima;Shuntaro Tsubaki;Eiichi Suzuki;Akira Otomo;Yuji Wada
• 通讯作者: Yuji Wada