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

尺寸选择性邻近升华工艺的开发及其在高性能水分解光电极中的应用

• 批准号: 21K19033
• 负责人: 池田 茂
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Konan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19033/
• 关键词: 昇華性半導体; ナノ構造形成; 光電極; 水分解材料; 化合物半導体; ナノ構造; 昇華

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。

ケ ル ビ ン type で table さ れ る capillary で の 気 body の boiling point が pores の boiling point outside よ り も low す る こ と で raw じ る capillary condensation は, の の within the capillary liquid surface tension か ら guide か れ る 気 の balance between phase - liquid に applicable さ れ る. On one side, the <s:1> equilibrium between the gas phase and the solid phase is にお にお て て <e:1> <s:1>, and the に premeasurement of the で sublimation curve in the capillary on the <s:1> low-pressure side へ シフト シフト シフト theory is されて されて る る る. This study で は, こ の を sublimation point fall phenomenon be 験 に of card of be す る と と も に, こ の phenomenon を use す る こ と で ナ ノ tectonic が suppression さ れ た functional materials, デ バ イ ス を open 発 す る こ と を refers す. こ こ で は, sublimation を have す る compound semiconductor で あ る sulfide ス ズ (II) (SnS) を, anode acidification ポ ー ラ ス ア ル ミ ナ membrane (APAM) の シ リ ン ダ ー type の regularity within the pores に sentaku filling さ せ る こ と で sublimation point fall phenomenon の principle を card be す る こ と を first の research purpose と す る. ま た, ほ か の sublimation semiconductor (CdTe お よ び ZnTe) に も this gimmick を 応 し, p type compound semiconductor の ナ ノ の new structure formation し い gimmick と し て establish す る. さ ら に, ら れ る ナ を ノ structure function of high water decomposition light カ ソ ー ド と し て using す る こ と を second の purpose と す る. Our は ", the purpose of the first の に つ い て は uniform に hole サ イ ズ が suppression さ れ た APAM の line form を key に っ た. そ の で, pores サ イ ズ (diameter) を サ ブ ミ ク ロ ン サ イ ズ で サ イ ズ uniform に reappearance よ く cropping で き る た め の be を 験 conditions established し た. ま た, research を be applied し て い る で see out し た フ ラ ッ ク ス 処 Richard に よ っ て 単 crystallization さ れ た acidification content semiconductor photocatalytic の high function (yesterday) annual results に つ い て を も research into め, ド ー パ ン ト add に よ る surface shape is の suppression (surface に ナ ノ メ ー ト ル サ イ ズ の ス テ ッ プ が form さ れ る こ と) と そ れ に cause し て High-efficiency な water decomposition is carried out in reverse 応が for する とを とを and results in <s:1> た. ま た, the purpose of the second の の card be の た め into め て き た p type compound semiconductor thin film に よ る 発 raw water decomposition element に つ い て n-type layer の suppression (ホ モ joint formation, ド ー パ ン ト add, etc.) に よ る high rate of unseen を reached し た.

项目成果

分子線エピタキシー成長によるZnTe光電極を用いた水の還元反応の評価

通过分子束外延生长评估ZnTe光电极的水还原反应

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡本 陸;池田 茂;木村 昭;富澤亮太;増田泰造;奥村健一;堤 龍介，吉永智大，齊藤勝彦，郭 其新，池田 茂，田中 徹
• 通讯作者: 堤 龍介，吉永智大，齊藤勝彦，郭 其新，池田 茂，田中 徹

分子線エピタキシー法によるZnTeO薄膜の成長と光電極への応用

分子束外延生长ZnTeO薄膜及其在光电极中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 園山天暉;齋藤勝彦;郭 其新;池田 茂;田中 徹
• 通讯作者: 田中 徹

Effects of rare-earth metal addition on photocatalytic activity of aluminum-doped strontium titanate for overall water splitting

稀土金属添加对铝掺杂钛酸锶全分解水光催化活性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Okamoto;R. Tomizawa;K.-i. Okumura;T. Masuda;A. Kimura;S. Ikeda
• 通讯作者: S. Ikeda

Enhancements of photoelectrochemical water reduction properties of CuGaSe2 thin film-based photocathodes induced by intentional loading of a Cu-deficient layer at the p-n heterointerface

通过在 p-n 异质界面处有意加载缺铜层，增强 CuGaSe2 薄膜光电阴极的光电化学减水性能

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Okamoto;S. Ishizuka;S. Ikeda
• 通讯作者: S. Ikeda

SrTiO3水分解光触媒の高機能化-希土類酸化物の添加効果-

SrTiO3水分解光催化剂的高功能性 - 添加稀土氧化物的效果 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡本 陸;富澤亮太;増田泰造;中谷好一郎;木村 昭;池田 茂
• 通讯作者: 池田 茂