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超臨界流体反応を用いた化合物半導体モノレイヤの量産法の構築と光学特性制御

Research Project

Project/Area Number 15J05197
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

中安 祐太  東北大学, 環境科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords超臨界流体 / 化合物半導体 / 水素発生 / 水素発生反応触媒 / 超臨界流体還元場 / カルコゲナイド化合物
Outline of Annual Research Achievements

近年、二次元金属カルコゲナイド材料が太陽電池や二次電池を始めとした多様なエネルギーデバイスに用いられている。持続可能な社会の構築のためには、デバイスそのものの特性も重要であるが、材料合成プロセスにおいても環境調和性に優れたものに置き換えていくことが重要である。一般的に、これらの金属カルコゲナイドの合成のためには、猛毒ガスである硫化水素・セレン化水素を原料として用いた硫化・セレン化プロセスが適用される。
本研究では、環境調和性に優れた安全・安価な二次元金属カルコゲナイド合成プロセスの構築のために、還元雰囲気である超臨界エタノールを反応場として用いることを提案した。溶解性と拡散性に優れた超臨界流体を用いることで、300~400℃において液体である硫黄とセレン単体を、流体中に溶解させながら高い拡散性を有することを可能にした。また、超臨界エタノールの還元性を用いることで、金属酸化物から二次元金属カルコゲナイドへの低温・高速でのコンバージョンを実現した。この高温・高圧還元場における金属酸化物から金属カルコゲナイドへの変換反応は、海底熱水場の条件を参考にしている。さらに、原料の硫黄とセレン単体の投入量を変化させることで、金属カルコゲナイドの硫黄/セレン組成の制御を可能にした。
当該年度の前半は、本プロセスで合成されたサンプルの光学物性の測定を行った。その結果、合成されたサンプルの硫黄/セレン組成の変化により、光学物性の変化が見られた。本年度の後半は、研究課題の総括を行うとともに、国際学術論文の執筆を行った。現在、国際学術誌に投稿中である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Victoria University of Wellington(ニュージーランド)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fabrication of Cu2ZnSnS4 thin films using a Cu-Zn-Sn-O amorphous precursor and supercritical fluid sulfurization2017

    • Author(s)
      Yuta Nakayasu, Takaaki Tomai, Nobuto Oka, Kanako Shojiki, Shigeyuki Kuboya, Ryuji Katayama, Liwen Sang, Masatomo Sumiya and Itaru Honma
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 638 Pages: 244-250

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2017.07.063

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Rapid synthesis of Mo(S,Se)2/graphene composite catalyst by solvothermal reduction2017

    • Author(s)
      中安祐太、安井容二、谷木良輔、笘居高明、本間格
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶應大学日吉キャンパス (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 超臨界流体反応場で高速合成された MoS2(1-x)Se2xの構造評価と水素発生触媒活性2017

    • Author(s)
      中安祐太、安井容二、谷木良輔、笘居高明、本間格
    • Organizer
      応用物理学会第64回学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of 2D Metal Chalcogenides for Hydrogen Evolution Reaction by Supercritical Fluid Processing2017

    • Author(s)
      Y. Nakayasu, Y. Yasui, R. Taniki, T. Tomai and I. Honma
    • Organizer
      8th International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Queenstown, New Zealand
    • Year and Date
      2017-02-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Environmentally-Friendly Synthesis of Metal Chalcogenide Nanomaterials for Energy Conversion Devices Employing Supercritical Fluid Processing2017

    • Author(s)
      Yuta Nakayasu, Takaaki Tomai and Itaru Honma
    • Organizer
      2017 MRS Fall Meeting, Boston, USA
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of flower-like chalcogenide nanosheets by using supercritical fluid chalcogenization2016

    • Author(s)
      Yuta Nakayasu
    • Organizer
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-11-27
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超臨界流体還元反応場を用いたフラワー状金属カルコゲナイドナノシートの合成2016

    • Author(s)
      中安祐太、安井容二、谷木良輔、笘居高明、本間格
    • Organizer
      化学工学会第48回秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス (徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Analyses of new chalcogenization process using supercritical ethanol for low-cost fabrication of metal-chalcogenide materials2016

    • Author(s)
      Yuta Nakayasu, Takaaki Tomai, Nobuto Oka, Itaru Honma
    • Organizer
      5th International Solvothermal and Hydrothermal Association Conference
    • Place of Presentation
      Tainan, Taiwan
    • Year and Date
      2016-01-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Conversion from amorphous Cu-Zn-Sn-oxide film to highly crystalline Cu2ZnSn(S,Se)4 film by chalcogenization reaction in supercritical ethanol2015

    • Author(s)
      Yuta Nakayasu, Takaaki Tomai, Nobuto Oka, Kanako Shojiki, Shigeyuki Kuboya, Ryuji Katayama, Masatomo Sumiya, Itaru Honma
    • Organizer
      The 11th International Symposium on Supercritical Fluids
    • Place of Presentation
      Seoul, the Republic of Korea
    • Year and Date
      2015-10-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 超臨界流体セレン化・硫化法によるアモルファス酸化物薄膜からCZTS薄膜の作製2015

    • Author(s)
      中安祐太、笘居高明、岡伸人、正直花奈子、窪谷茂幸、片山竜二、角谷正友、本間格
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 超臨界エタノールと固体カルコゲン原料を用いた アモルファス酸化物薄膜からCZTS薄膜への変換反応2015

    • Author(s)
      中安祐太、笘居高明、岡伸人、角谷正友、本間格
    • Organizer
      化学工学会第47回秋季大会
    • Place of Presentation
      北海道大学札幌キャンパス(札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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