2017 Fiscal Year Annual Research Report
Visible light responsive photocatalysts utilizing nitride semiconductor-based nanostructures for artificial photosynthesis
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15K13937
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 威友 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50343009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (80149898)
本久 順一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60212263)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 半導体超微細化 / ナノ材料 / 光物性 / 新エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物半導体光触媒電極の多孔質化による有効表面積の増大効果を実験的に評価した。また、多孔質構造に助触媒となるNiOを担持させることにより、無バイアスでの水の光分解において、水素生成効率および電極耐久性の向上に成功した。
(1) GaN多孔質構造の孔内壁と電解液界面のインピーダンス応答特性を解析し、光電気化学エネルギー変換に利用される有効表面積の見積もりを行った。孔の形状や寸法、および母体となるGaN基板のキャリア密度に大きく依存することを明らかにした。比較的高いキャリア密度（>1x1018cm-3）では、無加工基板に対して、電解液界面の電気二重層容量が4.7倍程度と見積もられ、電気化学反応に有効な実行表面積の増大を確認した。一方で、5x1016cm-3程度の低いキャリア密度では、多孔質形成による実行表面積の増大は1.2倍程度にとどまり、孔の形状および密度の最適化が必要であることを示した。
(2) 比較的低いキャリア密度（5x1016cm-3）のGaN基板に対して、より深い孔からなる多孔質構造を形成するため、「二段階電気化学プロセス」を開発した。従来法により初期多孔質構造を作製した後、照射光波長を変えて２回目の電気化学プロセスを行うことにより、孔の深さを増大させることに成功した。そのときの孔の形成速度は、照射光の強度により制御可能であることを明らかにした。
(3) より広範の有機物の光分解・合成が期待されるAlGaN層に多孔質構造を形成する条件を見いだした。
(4) H型電気化学セルを用い、GaN多孔質光触媒電極を使った無バイアスでの水の光分解と水素ガスの収集に成功した。GaN多孔質構造にNiO微粒子を担持させることにより電極面積あたりの水素収集率は約1.3倍に向上した。
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Research Products
(10 results)
