サイズ選択近接昇華プロセスの開発と高機能水分解光電極への応用

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ケルビン式で表される毛細管内での気体の沸点が細孔外の沸点よりも低下することで生じる毛細管凝縮は、毛細管内の液体の表面張力から導かれる気相－液相間の平衡に適用される。一方、気相－固相間の平衡においても、毛細管内で昇華曲線の低圧側へのシフトは理論的に予測されている。本研究では、この昇華点降下現象を実験的に実証するとともに、この現象を活用することでナノ構造が制御された機能性材料・デバイスを開発することを目指す。ここでは、昇華性を有する化合物半導体である硫化スズ(II)（SnS）を、陽極酸化ポーラスアルミナ膜（APAM）のシリンダー型の規則性細孔内に選択充填させることで昇華点降下現象の原理を実証することを第一の研究目的とする。また、ほかの昇華性半導体（CdTeおよびZnTe）にも本手法を応用し、p型化合物半導体のナノ構造形成の新しい手法として確立する。さらに、得られるナノ構造を高機能水分解光カソードとして利用することを第二の目的とする。今年度は、第一の目的については均一に孔サイズが制御されたAPAMの形成を重点的に行った。その中で、細孔サイズ（直径）をサブミクロンサイズでサイズ均一に再現よく作製できるための実験条件を確立した。また、研究を実施している中で見出したフラックス処理によって単結晶化された酸化物半導体光触媒の高機能化（昨年度成果）についても研究を進め、ドーパント添加による表面形状の制御（表面にナノメートルサイズのステップが形成されること）とそれに起因して高効率な水分解反応が進行することを見出した。また、第二の目的の実証のため進めてきたp型化合物半導体薄膜による水分解水素発生について表面n型層の制御（ホモ接合形成、ドーパント添加等）による高効率化を達成した。