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水素発生オリエンテッドエピ構造3C-SiCによる高効率水素発生光触媒の実現

Publicly Offered Research

Project AreaChemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
Project/Area Number 25107516
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

加藤 正史  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362317)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords再生可能エネルギー / 材料加工・処理 / 触媒・化学プロセス / 水素 / 半導体物性
Outline of Annual Research Achievements

前年度の研究実績により、SiC光触媒においてはSiCへのオーミック電極形成が課題であることが明らかになったため、オーミック電極の形成が容易な構造を検討した。その検討を踏まえオーミック電極が作製しやすいp+型4H-SiCを基板として用い、その上にp型3C-SiCを結晶成長させた試料を用いた。その結果、4H-SiC上に成長された3C-SiCの結晶品質は、以前の6H-SiC基板上に成長させたものより向上していた。また、想定通りp+型4H-SiCへのオーミック電極作製も容易であった。このp+型4H-SiC基板上p型3C-SiCを作用電極とし、Niを対極とした硫酸電解液中での光電流は12mA/Wと観測され、これまでの約4倍の値となった。対極の犠牲反応がないと仮定するとエネルギー変換効率は1.5%となり、目標値に近づいたと言える。またPd助触媒をp型3C-SiC表面に担持した場合、光電流は15mA/Wに向上した。また、水素の発生量が光電流による見積もり値と近いことも確認した。なお、対極として犠牲反応が起こらない材料であるRuO2を用い、正確なエネルギー変換効率を算出した所、Pd担持のない場合で0.21%、Pd担持ありの場合で0.46%であった。SiCは腐食がなく、長期間安定に光電極として作用することを考慮すると、これらのエネルギー変換効率の値は他の材料に対しても遜色がないものだと考えられる。以上の実績により当初の目標に対して十分な成果が得られたと考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (13 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] Epitaxial p-type SiC as a self-driven photocathode for water splitting2014

    • Author(s)
      Masashi Kato, Tomonari Yasuda, Keiko Miyake, Masaya Ichimura, Tomoaki Hatayama
    • Journal Title

      International Journal of Hydrogen Energy

      Volume: 39 Issue: 10 Pages: 4845-4849

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2014.01.049

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of carrier lifetime on efficiency of photolytic hydrogen generation by p-type SiC2014

    • Author(s)
      Keiko Miyake, Tomonari Yasuda, Masashi Kato, Masaya Ichimura, Tomoaki Hatayama, Takeshi Ohshima
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 778-780 Pages: 503-506

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.778-780.503

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excess carrier lifetime and strain distributions in a 3C-SiC wafer grown on an undulant Si substrate2013

    • Author(s)
      Masashi Kato, Atsushi Yoshida, Masaya Ichimura, Hiroyuki Nagasawa
    • Journal Title

      Physica Status Solidi A

      Volume: 210 Issue: 9 Pages: 1719-1725

    • DOI

      10.1002/pssa.201329015

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Silicon Carbide: Not Only for Energy Savings but Also for Energy Generation2015

    • Author(s)
      Masashi Kato
    • Organizer
      EVTeC & APE Japan 2014
    • Place of Presentation
      Pacifico Yokohama
    • Year and Date
      2015-05-22 – 2015-05-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Spectral Response, Carrier Lifetime and Photocurrents of SiC Photocathodes2015

    • Author(s)
      Masashi Kato, Keiko Miyake, Masaya Ichimura
    • Organizer
      SPlasma2015 / IC-PLANTS2015
    • Place of Presentation
      Nagoya University
    • Year and Date
      2015-03-26 – 2015-03-31
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 12 mA/W の光電流を示す水分解用 SiC2015

    • Author(s)
      市川尚澄、長谷川貴大、加藤正史、市村正也
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] SILICON CARBIDE PHOTOCATHODE FOR SOLAR TO HYDROGEN CONVERSION2014

    • Author(s)
      Masashi Kato
    • Organizer
      UK-Japan Solar Driven Fuel Synthesis Workshop: Materials, Understanding and Reactor Design
    • Place of Presentation
      British Embassy Tokyo
    • Year and Date
      2014-09-18 – 2014-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電極応用に向けたp型SiCエピタキシャル層の欠陥評価2014

    • Author(s)
      加藤正史、中野由崇
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC光電極の分光感度特性2014

    • Author(s)
      加藤正史、三宅景子、市村正也
    • Organizer
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Carrier Lifetimes in Rutile TiO2 Single Crystals Measured by the Microwave Photoconductivity Decay2014

    • Author(s)
      Masashi Kato, Kimihiro Kohama, Masaya Ichimura
    • Organizer
      IUMRS-ICA 2014
    • Place of Presentation
      Fukuoka University
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC 水素発生光触媒の分光感度特性2014

    • Author(s)
      加藤正史
    • Organizer
      第4回フォーラム「人工光合成」
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス 坂田・平田ホール
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高効率水素生成に向けたSiCキャリアライフタイム評価2013

    • Author(s)
      三宅景子、安田智成、加藤正史、市村正也、畑山智亮、大島 武
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      静岡大学創造科学技術大学院
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Impact of Carrier Lifetime on Efficiency of Photolytic Hydrogen Generation by SiC2013

    • Author(s)
      Keiko Miyake, Tomonari Yasuda, Masashi Kato, Masaya Ichimura, Tomoaki Hatayama, Takeshi Ohshima
    • Organizer
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2013
    • Place of Presentation
      宮崎シーガイアフェニックス
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC水素発生光触媒における効率制限因子2013

    • Author(s)
      加藤正史
    • Organizer
      新学術領域研究「人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合」第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      立命館大学朱雀キャンパス
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] エピタキシャルSiC光陰極による太陽光−水素変換効率2013

    • Author(s)
      加藤正史、安田智成、三宅景子、市村正也、畑山智亮
    • Organizer
      第23回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      万国橋会議センター
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] SiCによる水の光分解におけるキャリアライフタイムの影響2013

    • Author(s)
      三宅景子、安田智成、加藤正史、市村正也、畑山智亮、大島武
    • Organizer
      第 5回薄膜太陽電池セミナー
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Book] 「世界初!「SiCと水から水素を製造!」」マテリアルステージ、2014年2月号 64-66頁2014

    • Author(s)
      加藤正史
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      技術情報協会
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Book] 「シリコンカーバイドの太陽光吸収を利用した水素生成」ケミカルエンジニヤリング,58巻 10号 7-11頁2013

    • Author(s)
      加藤正史
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      化学工業社
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 高変換効率SiC光電極およびそれを用いた水素製造装置2015

    • Inventor(s)
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2015-01-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 高変換効率SiC光電極およびそれを用いた水素製造装置2015

    • Inventor(s)
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2015-04-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 高変換効率SiC光電極2014

    • Inventor(s)
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤 正史、長谷川 貴大、市川 尚澄
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2014-11-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 界面抵抗を低減したSiC光電極およびその製造方法、ならびにSiC光電極を用いた水素製造装置2014

    • Inventor(s)
      加藤正史、長谷川貴大
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤正史、長谷川貴大
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2014-015515
    • Filing Date
      2014-01-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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