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光音響分光法を用いた半導体光電極の「真の」量子効率測定システムの開発

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space
Project/Area Number 18H05172
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

村上 直也  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10452822)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords光音響 / 半導体光電極 / 量子効率 / 光音響分光法 / 量子収率
Outline of Annual Research Achievements

光音響分光装置と光電気化学測定装置を組み合わせることによって,初年度に確立した“真の”量子収率を測定することのできるシステムを用い,様々な電極反応や反応条件下での測定を行った.測定試料となる半導体光電極は,金属有機化合物分解法を用いることによって,n型半導体であるバナジン酸ビスマス(BiVO4)を作成した.まず,解析手法の改良を行うことによって,「光電流の一定領域下でのみ定量可能」といった従来の制約を解除し,適用可能性を拡張することに成功した.次に,初年度行った犠牲剤(Na2SO3)存在下での反応に加えて,水分解反応の“真の”量子効率を測定したところ,妥当な“真の”量子効率の値を得ることができ,これらの値と光電変換効率(IPCE)から求まる光捕集効率(LHE)がほぼ一致することから,妥当な結果を得ることができた.最後に,種々の発光波長を有する発光ダイオード(LED)を光源として用いることによって,“真の”量子収率測定の照射波長依存性の測定を行った.この結果,BiVO4光電極のアクションスペクトルを明らかにすることができた.
また,本分析システムの応用展開である「半導体光電極の最適化を行うための光吸収と性能の同時測定システム」の検証を行った.システムは初年度に構築済であるため,今年度は三酸化タングステン(WO3)多孔質膜におけるネッキング処理効果および金属有機化合物分解法により作成したBiVO4膜について検討を行い,これらの光電極に対しても半導体膜厚を効率よく最適化することができることを確認した.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Determination of the internal quantum efficiency for photoelectrochemical reaction in a semiconductor photoelectrode by photoacoustic detection2020

    • Author(s)
      Murakami Naoya、Okuzono Keita
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 56 Issue: 40 Pages: 5417-5420

    • DOI

      10.1039/d0cc01911a

    • NAID

      120007006768

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoacoustic Fourier Transform Near- and Mid-Infrared Spectroscopy for Measurement of Energy Levels of Electron Trapping Sites in Titanium(IV) Oxide Photocatalyst Powders2019

    • Author(s)
      Shinoda Tatsuki、Murakami Naoya
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Issue: 19 Pages: 12169-12175

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b02876

    • NAID

      120006841299

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Operando Analysis of Electron Accumulation in Titanium(IV) Oxide Particles in an Aqueous Suspension Using a Photoacoustic Spectroscopic Method2018

    • Author(s)
      Murakami Naoya、Shinoda Tatsuki
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Issue: 1 Pages: 222-226

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b10566

    • NAID

      120006840109

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Photoacoustic Measurement of Intrinsic Quantum Efficiency for Photoanodic Reaction at n-Type Semiconductor Film Deposited on Transparent Conductive Substrate2019

    • Author(s)
      Naoya Murakami,Keita Okuzono
    • Organizer
      The 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3) / International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photoacoustic Spectroscopic Analysis of In-Gap States of Rhodium-Doped Strontium Titanate Treated by Ball Milling2019

    • Author(s)
      Tatsuki Shinoda, Naoya Murakami, Kenta Watanabe, Akihiko Kudo
    • Organizer
      The 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3) / International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 懸濁系反応場における酸化チタン(IV)中の電子蓄積・放出挙動の光音響解析2019

    • Author(s)
      村上直也,篠田樹
    • Organizer
      第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 半導体光電極の最適化方法の確立2019

    • Author(s)
      渡部亮,村上直也
    • Organizer
      第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光音響分光法による遷移金属ドープSrTiO3光触媒の欠陥準位と電子挙動の解析2019

    • Author(s)
      篠田樹,村上直也,渡邊健太,工藤昭彦
    • Organizer
      第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ロジウムドープチタン酸ストロンチウム光触媒の欠陥準位の光音響解析2019

    • Author(s)
      篠田樹,村上直也,渡邊健太,工藤昭彦
    • Organizer
      第38回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光音響効果を利用した多孔質酸化タングステン(VI)光電極の「真の」量子効率測定2018

    • Author(s)
      奥園啓太,村上直也
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化チタン(IV)光触媒粉末における欠陥分布の結晶構造依存性2018

    • Author(s)
      篠田樹,村上直也
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 光触媒半導体電極の光吸収と光電流の同時測定法の開発2018

    • Author(s)
      渡部亮,村上直也
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 二酸化チタン粉末の欠陥準位に由来する赤外吸収の光音響解析2018

    • Author(s)
      篠田樹,村上直也
    • Organizer
      第55回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 半導体光電極の光吸収と光電流の同時測定法の開発2018

    • Author(s)
      渡部亮,村上直也
    • Organizer
      第55回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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