2021 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, 上席研究員 (70426360)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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, 上席研究員 (10426413)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体ヘテロ構造 / 光触媒 / 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の光に対し応答可能、伝導帯下端の電極電位が水分解によるH2発生電極電位よりも卑な電位に位置するp型半導体の鉄シリサイド（β-FeSi2）が、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。
変換効率には光触媒材料の光応答特性のみならず、光励起された電子及び正孔の分離特性、それら電荷授受特性が影響する。本研究のヘテロ接合系の水分解システムにおいては、この構造固有のヘテロ接合部における光励起キャリアの水中へのリークが大きく影響することが明らかとなり、CrOxを用いた接合部の被覆がそのリーク抑制に有効であることを見出した。この内容に関する特許出願を行った。
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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
タンタルのアンモニアを用いた窒化処理から合成した窒化タンタル（Ta3N5）、及び炭化シリコン（SiC）を用いて当初課題に設定した窒化物、及び炭化物の光電極材料とし、これら材料の光酸化による分解の抑制、及び酸素（O2）発生の促進のためのコバルト（Co）リン化物（Co-Pi）担持検討した。
次に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Ta3N5、SiCとのヘテロ接合で構成された複合粉末合成を構築し、光触媒効果による水分解を確認した。
更に本研究の複合粉末への助触媒担持法の検討を行い、この構造固有のヘテロ接合部における光励起キャリアのリーク、及びCrOxの被覆による水分解効率の向上を得た。この内容に関する特許出願を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
β-FeSi2とn型半導体であるルチル型TiO2とのヘテロ接合において、Au層を介した接合構造の改善、及び光触媒特性への影響を調査する。電子顕微鏡等の機器分析を用いてヘテロ接合部の微細構造調査を行い、β-FeSi2の気相成長条件にフィードバックさせる。具体的にはAuの堆積量、Siとの共晶反応温度の検討より、ヘテロ接合部への導入Au層厚とヘテロ界面組成の急峻化を検討する。この構造変化により予測される複合粉末・光電極の波長応答性、変換効率を明らかにする。
それら複合粉末・光電極の波長応答特性、変換効率の評価にあたり、これまでの検討で得られた酸化助触媒（CoOx、Co-Pi）担持、助触媒及びCrOx層の被覆による高変換効率な状態での評価を行う。
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Research Products
(4 results)
