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2019 Fiscal Year Annual Research Report

High efficiency water-splitted photoelectrode using metal nanopillars embedded in oxide thin films

Research Project

Project/Area Number 17H04895
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

高橋 竜太  日本大学, 工学部, 准教授 (80546573)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords水分解光電極 / 酸化物エレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、パルスレーザー堆積手法によって酸化物薄膜の中に金属のナノピラー構造を自己組織的に成長させ、水分解光電極材料として応用を図り、水と太 陽光照射から水素を合成する化学反応の高効率化を目指している。特に、IrとRhをドープしたSrTiO3の単結晶薄膜の合成を行い、不純物イオンの価数を精密に制 御する、そしてその価数を可逆的に制御することに取り組む。 これまでの実験ではRh3+:SrTiO3薄膜を作製するには、還元条件下で薄膜を堆積するプロセスを利 用してきた。しかしながら、A-siteとB-siteの組成ズレに起因 する結晶欠陥が発生し、フォトキャリアの寿命を短くなり、光触媒特性の特性が悪くなる原因に なっていた。初年度の実験では、高品質なRh4+:SrTiO3薄膜を作製してから、高温真空下でアニールすることによって、高品質なRh3+:SrTiO3薄膜を作成すること を試みた。その結果、従来の薄膜に比べ約2倍の光電流を利得する ことができることが判明し、高品質な単結晶薄膜を作製することが光触媒能を向上させる手が かりになっていることを裏付けている。さらに2年目の研究ではRh:SrTiO3の光触媒能を向上させるためにLaを共ドープした薄膜結晶の合成と評価を進めた。 酸素欠損の発生を防ぐ ためにLa3+をA-siteにドープすることで、欠陥量の低減を図り、水分解光電極反応の高効率に成功した。最終年度はこれまでの研究を総括し、Rh金属やPt金属のナノピラー構造の作製を実施する研究を行ない、反応効率の向上に向けた研究を実施した。

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。

  • Research Products

    (4 results)

All 2019

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

  • [Journal Article] Noble metal clustering and nanopillar formation in an oxide matrix2019

    • Author(s)
      Lippmaa Mikk、Kawasaki Seiji、Takahashi Ryota、Yamamoto Takahisa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Pages: 010501~010501

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab57e2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gradient Carrier Doping as a Method for Maximizing the Photon-to-Current Efficiency of a SrTiO3 Water-Splitting Photoanode2019

    • Author(s)
      Kawasaki Seiji、Takahashi Ryota、Lippmaa Mikk
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Pages: 15551~15556

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b02546

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pulsed laser deposition with rapid beam deflection by a galvanometer mirror scanner2019

    • Author(s)
      Maruyama S.、Sannodo N.、Harada R.、Anada Y.、Takahashi R.、Lippmaa M.、Matsumoto Y.
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 90 Pages: 093901~093901

    • DOI

      10.1063/1.5104291

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A-site driven ferroelectricity in ferromagnetic double perovskite2019

    • Author(s)
      Ryota Takahashi
    • Organizer
      Asia-Pacific PFM 2019, August 12-14, 2019, Seoul, Korea
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-01-27  

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