Development of innovative synthesis process of ammonia using diamond

• Project/Area Number: 17K18980
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Tokuda Norio 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ダイヤモンド薄膜 / 表面・界面物性 / ダイヤモンド / 触媒・化学プロセス / 半導体物性 / 構造・機能材料

Outline of Final Research Achievements

An objective of this study is the realization of an innovative synthesis technology of energy carries, such as an ammonia, using emitted electron from diamond with a negative electron affinity. In this study, we have developed a high-quality nitrogen-doped diamond film growth technology as its fundamental technology, and demonstrated a highly efficient electron excitation by visible light irradiation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、太陽光や再生可能エネルギーに基づく電力を用いて、窒素と水からアンモニアを合成するCO2 フリーのエネルギーキャリア製造システムの基盤的要素技術に位置づけられる。ダイヤモンドはその他にもパワーデバイスや量子デバイス/センサ応用も期待されており、次世代ダイヤモンドエレクトロニクス及びその産業の創出、そして省エネ・低炭素社会及びSociety 5.0の実現への貢献が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Homoepitaxial Diamond Growth by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (2019)
  • Author(s): Tokuda Norio
  • Journal Title: Novel Aspects of Diamond Volume: 121 Pages: 1-29
  • DOI: 10.1007/978-3-030-12469-4_1
  • ISBN: 9783030124687, 9783030124694
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of atomically flat hydroxyl-terminated diamond (1?1?1) surfaces via water vapor annealing (2018)
  • Author(s): Yoshida Ryo、Miyata Daisuke、Makino Toshiharu、Yamasaki Satoshi、Matsumoto Tsubasa、Inokuma Takao、Tokuda Norio
  • Journal Title: Applied Surface Science Volume: 458 Pages: 222-225
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.07.094
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ダイヤモンドエレクトロニクスの基礎と技術動向 (2019)
  • Author(s): 徳田規夫
  • Organizer: サイエンス＆テクノロジーセミナー
  • Invited
• [Presentation] ダイヤモンド半導体の技術動向と可能性 (2019)
  • Author(s): 徳田規夫
  • Organizer: 技術情報協会セミナー
  • Invited
• [Presentation] ダイヤモンドエレクトロニクスの 将来像と結晶材料開発 (2018)
  • Author(s): 徳田規夫
  • Organizer: 日本学術振興会 結晶成長の科学と技術 第161委員会第108回研究会「2025年結晶産業の未来～新規材料素材編～」（
  • Invited
• [Presentation] Photoconduction in nitrogen-doped diamond films (2018)
  • Author(s): Yuhei Kamei,Shinji Ikeda,Tsubasa Matsumoto,Takao Inokuma, Norio Tokuda
  • Organizer: ACSIN-14 & ICSPM26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 窒素ドープダイヤモンド膜における光伝導 (2018)
  • Author(s): 亀井 悠平,池田 眞二,松本 翼,猪熊 孝夫,徳田 規夫
  • Organizer: 第4回有機・無機エレクトロニクスシンポジウム
• [Presentation] 100 kA/cm2 Schottky-pn diodes on freestanding diamond (100) substrate (2018)
  • Author(s): T. Matsumoto, R. Yoshida, T. Yamamoto, T. Teraji, O. Ariyada, H. Kato, S. Yamasaki, T. Inokuma, N. Tokuda
  • Organizer: Hasselt Diamond Workshop 2018