2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative synthesis process of ammonia using diamond
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17K18980
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
徳田 規夫 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / ダイヤモンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、負の電子親和力を持つダイヤモンドを用いて高効率な電子放出デバイスを実現し、放出された電子と水と窒素からアンモニアの革新的合成技術の創出を目的とする。本技術は、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製造する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。
負の電子親和力による電子放出のためには、まず伝導帯に電子を励起する必要がある。先行研究では、バンドギャップ以上のエネルギーを持つ深紫外線照射により価電子帯の電子を伝導体に励起していたが、本研究では1.7 eVのドナーレベルを持つ窒素ドープダイヤモンドへの可視光照射による伝導帯への電子の励起を狙った。そのため、今年度も昨年度に引き続きマイクロ波プラズマＣＶＤを用いて高温高圧合成（ＨＰＨＴ）単結晶ダイヤモンド（１１１）基板上にホモエピタキシャル成長した高濃度窒素ドープダイヤモンド中のキャリアの光励起について検討した。その結果、ダイヤモンドホモエピタキシャル成長において、テラスでの2次元核形成を抑制した成長モードを用いることにより、窒素以外の膜中不純物濃度の低減に成功し、暗電流に比べて6桁以上高い可視光による光電流が得られた。それは、膜中窒素が窒素-空孔（ＮＶ）中心や窒素-空孔-水素（ＮＶＨ）等の構造を取らず、効率的に格子位置に単に置換された構造（いわゆるＰ１中心）が形成されたことを示唆する。今後は、更なるキャリアの高効率励起や電子放出のための構造の最適化を行い、水と窒素を原料とするアンモニアの合成技術の創出を目指す。
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