2021 Fiscal Year Annual Research Report
Electrochemical construction of nanostructured copper oxide photocathodes for high performance water-splitting hydrogen gas generation
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19H02810
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
伊崎 昌伸 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30416325)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 銅酸化物 / 電気化学 / 光カソード / 積層体 / ナノ混合体 / 光電変換 / 量子効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、CO2排出量の大規模削減に資する太陽光活用水分解水素生成用高効率・高安定性光カソードを実現することを目的として、熱力学に立脚して提案した新規Cu錯体水溶液から光・電気化学反応によりCu2OとCuOから構成される単層・積層体・ナノ混合体を構築し、積層体化・ナノ構造化効果を解明し、高効率化の指針を明確にする。まず電気化学的に形成したCu2O層の加熱により作製したCuO/Cu2O積層体において両層が光電変換層として機能することを実証したが、加熱により導入される欠陥が光電変換機能を阻害することを明らかにした。そこで、陰分極によりCu2O、陽分極によってCuO層を形成できる新規なCu-酒石酸錯体水溶液を熱力学に立脚して設計し、Cu2OならびにCuOの単層を単一水溶液から電位制御により作製すること、電位スイッチングと光励起による少数キャリア制御を組み合わせることによって、Cu2O/CuOならびにCuO/Cu2O積層体を形成することに成功した。AM1.5G-1sun条件で測定したCuO/Cu2O積層体光カソードの光電流密度は、CuOならびにCu2O単層の約13倍に増加し、積層体のバンド接続とキャリア輸送特性が影響していることを明らかにした。また、Au/Cu2O/CuO/n-ZnO/FTO光電変換素子は、CuOのバンドギャップに相当する波長950nm以下で光電変換特性を示しCu2O、CuO両層が光電変換層として機能していること、製膜した状態で外部量子効率約60％、加熱によりさらに約90％まで向上すること、ならびにその機構をキャリア輸送の観点も含め明らかにした。加えて、電位スイッチングの高周波化によるCuO-Cu2Oナノ混合体化によって光電流密度が増加し、さらに加熱により増加することを示すと共に、その機構を詳細な構造ならびにエネルギー状態解析から明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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