2020 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of Copper-Tin based Semiconductor Photoelectrode for Transformation of Water and Carbon-dioxide Resources
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20K05673
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東本 慎也 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70368140)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Cu2SnS3（CTS） / 電解析出法 / 光カソード電極 / 単斜晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu2SnS3（以下CTS）は、高い吸収係数（104 cm-1）を持ち、CTSの構成元素はすべて地殻に豊富に含まれており、毒性が少ないため、安価で環境にやさしいことが期待される。CTSを水の光分解のための光カソード電極として使用した研究は、私たちの知る限りでは報告されていない。本研究では、溶液法の１つである電解析出法によってCuおよびInの仕込み量を変化させてCTS薄膜電極を作製し、XRD、SEM-EDX、UV-Vis吸収スペクトル、そして電気化学的フラットバンド測定によりCTS薄膜の構造解析を行った。特に、Cu/Sn組成比と水分解における光電気化学的特性との関係を明らかにした。
電解析出法で作製したCu/Sn前駆体を560℃にて硫化した。CTS薄膜では、Cu/Sn比が変化しても結晶構造は単斜晶の構造を有することが明らかとなった。Cu/Sn比の変化によりXRDピークのシフトが見られたが、SnリッチなCTSとCuリッチなCTSのいずれにおいても高角度側へのシフトが確認されたことから、Snリッチな場合にはCu空孔の生成あるいはCuからSnへの置換が起こり、一方、Cuリッチな場合にはSnの空孔が主に発生すると考えられる。CTS薄膜の可視・近赤外吸収スペクトルにより、近赤外領域（1300~1400 cm-1付近）にバンドギャップが観察され、薄膜のバンドギャップは0.91～0.87 eVと見積もられた。Pt/In2S3-CTS (Cu/Sn = 1.47)光電極上では、光カソード電流が生じ、暗下では速やかに光電流が消失した。0 V vs. RHEにおける光電流は、1.4 mA cm-2であった。光電流の大きさは薄膜の組成比Cu/Sn比に依存しており、Cu/Sn = 1.5付近、つまり、Snリッチな組成において光電流が最大となることを明らかにした。
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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
予定していたCTS薄膜の作製に成功しており、水素生成能があることも確認できたため、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
CTS薄膜光電極の水分解能を向上させるとともに、二酸化炭素の還元固定化反応への応用についても、検討を行う。
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| Causes of Carryover |
大学から支給された研究費により、消耗品の購入に充てたため。光電極の作製を引き続き行うために、Mo薄膜電極の購入に充てる。
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