2023 Fiscal Year Annual Research Report
サイズ選択近接昇華プロセスの開発と高機能水分解光電極への応用
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21K19033
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
池田 茂 甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00375106)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / ナノ構造制御 / 水分解水素発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、気相－固相間の平衡における昇華点降下現象を実験的に実証し、この現象を活用することで、ナノ構造が制御された機能性材料・デバイスを開発することを目指した。昇華点降下現象の実験的な実証に関する研究においては、昇華性を有する化合物半導体である硫化スズ(II)（SnS）を、陽極酸化ポーラスアルミナ膜（APAM）のシリンダー型の規則性細孔内に選択充填させる検討を重点的に進め、APAMの外部に比べて、細孔部分に優先して昇華（凝華）が生じることが示唆される結果を得た。また、研究を実施している中で、フラックス処理によって単結晶化された酸化物半導体光触媒に表面ナノサイズのステップ構造を形成させる方法を見出し、さらにそのステップ構造形成によって水分解光触媒活性が飛躍的に向上することを見出した。ステップ構造の効果について研究を進めた結果、ある種のドーパント元素が最安定面の形成・成長を阻害することで、ナノサイズのステップ構造が形成されるモデルを提案するに至った。また、同種の反応系についてさらに検討を進めていくなかで、ある種のドーパントが光反応中に価数変化することで形成される不純物準位を介する可視光吸収を発現し、それによって生成するキャリア（電子）が水素を還元するユニークな光触媒反応系を見出した。第二の目的の実証においては、昇華性半導体の一つであるZnTe系化合物薄膜を使った光電気化学水分解について研究を進め、量子効果（中間バンドを利用した２光子吸収）による水素発生が生じることが示唆される成果が得られた。また、CuGaSe2薄膜の光電気化学水分解への応用についても研究を行い、表面n型層の制御（ホモ接合形成、ドーパント添加等）による高効化を達成した。
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