2022 Fiscal Year Annual Research 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, 教授 (70368140)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | p型化合物半導体 / 銅－スズ硫化物 / Cu2SnS3 / 水の光分解 / 水素製造 / 光電極 / 単斜晶相 / Sn-rich CTS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無尽蔵でクリーンな太陽光エネルギーと光触媒を用いて、水からの「グリーン水素」の製造により化学燃料へと物質循環するシステムの構築は、エネルギー・環境保全の観点から意義のある課題である。元素戦略の観点から、ベースメタルから構成される銅－スズ硫化物 (Cu2SnS3, CTS) 化合物半導体 は、高いモル吸光係数を有し、可視光から近赤外光を効率よく吸収できる光機能性材料として注目されている。CTS 薄膜は、専ら、電子ビーム蒸着法などの真空プロセスで作製される。設備コストを格段に下げるために、非真空プロセスによる、溶液から超低コストでの作製技術の確立が重要である。太陽熱を利用した水分解による水素製造は、環境に優しく、水資源が豊富なことから、化石燃料に代わる有望なエネルギーの一つと考えられている。地殻中に豊富に存在する元素からなる無毒なp型半導体である硫化銅スズ（Cu2SnS3、CTS）は、光電気化学（PEC）水分解に採用されています。CTS光電極は、クーロン電荷の異なるCuイオンとSnイオンを電着し、固体硫黄の存在下で560℃に加熱することで作製されました。CTSの形態と結晶構造は、SEM-EDX、XRD、ラマン分光法および電気化学測定により評価した。Cu/Sn組成の異なるCTS光電極は単斜晶構造を有し、約0.90eVのバンドギャップを有する可視光から赤外光までの光吸収を示す。このPt-In2S3/CTS光電極は、太陽光照射下で光触媒による水分解によりH2を生成することが実証された。さらに、PEC特性はCTSのCu/Sn組成比に強く依存し、SnリッチなCTSは高いPEC水分解性を示し、H2を生成することがわかった。
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Research Products
(28 results)
