2019 Fiscal Year Annual Research Report
金属層を介して接合した半導体による可視光応答型の光触媒電極システム構築
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19H02823
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Industrial Sclence and Technology |
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Principal Investigator |
秋山 賢輔 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (70426360)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 亮 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (00426404)
祖父江 和治 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (10426413)
国松 昌幸 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (20426414)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体ヘテロ接合 / 水分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、金属層を介してp型とn型の半導体を接合させることにより、光触媒の還元反応に用いる伝導帯下端の電極電位、及び酸化反応に用いる価電子帯上端の電極電位を制御する。これにより光触媒反応に寄与する電子と正孔の化学ポテンシャルが制御された光電極型の光触媒反応システムを構築し、水分解による水素 (H2)と酸素 (O2)の発生特性を評価することを目的とする。
このため近赤外より短波長域で光応答可能なp型半導体である鉄シリサイド（β-FeSi2 ）とn型半導体である炭化ケイ素（SiC）、及び酸化チタン（TiO2）等の酸化物とがAu層を介してヘテロ接合した水分解用の光電極システムを作製し、光触媒効果による水分解特性から変換効率を評価する。
しかしながらβ-FeSi2やSiC等のシリコン系半導体には光照射下の水中にて光酸化し易く、さらに含侵法による助触媒粒子の担持では表面が汚染され光触媒特性が著しく低下する問題がある。そのため光酸化を抑制する助触媒粒子の担持方法が求められる。そこで、炭化ケイ素（SiC）、及び酸化チタン(TiO2）に酸化コバルト（CoOx）、及びCo-Piナノ粒子の形成・担持を含浸法、中和法、及びスパッタ法にて検討を行い、2 - 10nmのナノ粒子を担持することにより、炭化シリコン（SiC）の水中での光酸化抑制、及び酸素（O2）発生促進の効果が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は、アノード電極材として用いるn型半導体の水中での光酸化を抑制し、酸素（O2）発生を促進する助触媒粒子の検討、及びその形成方法を検討した。
炭化ケイ素（SiC）、及び酸化チタン(TiO2）に酸化コバルト（CoOx）、及びCo-Piナノ粒子の形成・担持を含浸法、中和法、及びスパッタ法にて検討し、2 - 10nmのナノ粒子を担持することにより、炭化シリコン（SiC）の水中での光酸化抑制、及び酸素（O2）発生促進の効果が確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
炭化物（SiC）、及び酸化物（TiO2)の検討に引き続き窒化物光電極材料の水中での光酸化を抑制し、酸素（O2）発生を促進する酸化物ナノ粒子による助触媒の形成方法と酸素（O2）発生促進を調査する。
異種の半導体を接合させた複合構造では、それらn型半導体にのみ助触媒を担持制御することが重要となる。このため昨年度まで検討した担持方法に加え、光電析法を用いた検討を進める。試料は、蛍光X線分光分析、分析電子顕微鏡を用いて担持金属酸化物の定量評価、及び粒子の形態やサイズを評価する。試料は閉鎖循環系反応装置を用いて還元犠牲剤の銀イオン（Ag+）水溶液の反応セル内で光照射し、水の酸化反応による酸素（O2）発生速度を定量評価する。
さらに、鉄シリサイド半導体とそれらのn型半導体がAu層を介して接合した複合光電極構造の作製検討を行う。気相成長法のスパッタ法を用いて、SiC、及びTiO2単結晶基板上へのVapor-Liquid-Solid成長機構による結晶成長を検討する。
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Research Products
(6 results)
