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2014 Fiscal Year Annual Research Report

周波数分解計測に基づく半導体電極の開発:光キャリアダイナミクスと階層構造

Research Project

Project/Area Number 23686114
Research InstitutionThe University of Kitakyushu

Principal Investigator

天野 史章  北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (10431347)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords光電極 / 酸化チタン / 酸化タングステン / 光電気化学特性 / 半導体電極
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光エネルギーの化学エネルギー変換における量子収率の向上を指向し、半導体電極の電極内部抵抗や光キャリアダイナミクス特性の評価を行い、高効率な電極の設計指針を確立することを目的としている。電気化学インピーダンス法および光強度変調分光法(IMPS)などの周波数分解計測法を用いて、電極内部抵抗、及び光キャリアダイナミクスの評価を試み、解析結果と光電極特性の相関について検討し、得られた知見に基づいて電極構造の最適化を行う。
本年度は、昨年度に引き続き、電気化学インピーダンス法を用いた半導体微粒子膜の内部抵抗の評価を行った。電気化学インピーダンス法は、電位変調に対する電流応答の変化を観測する手法であり、半導体薄膜内における時定数の異なる抵抗成分を分離して評価できる。酸化タングステン電極について内部抵抗の評価を行い、光電流に大きく影響する抵抗成分を分離評価した。また、ルチル型酸化チタン電極の静電容量の測定からMott-Schottkyプロットを用いてドナー密度とフラットバンド電位を評価した。これらの物性と光触媒活性及び光電極特性との相関を調べた。
電気化学インピーダンス法は光キャリアの移動速度や寿命に関する情報も内包しているが、測定結果から電子拡散速度や再結合速度を抽出することは難しかった。そこで、光強度変調光電流分光法(Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy , IMPS)を用いて、電荷移動速度・再結合速度の評価を試みた。酸化タングステン電極のIMPS測定により各速度定数を求めることに成功し、照射光強度や電位の変化によって速度定数が大きく異なることを明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Fabrication and photoelectrochemical study of WO3-based bifunctional electrodes for environmental applications2015

    • Author(s)
      S. S. Thind, K. Rozic, F. Amano, A. Chen
    • Journal Title

      Applied Catalysis B: Environmental

      Volume: 176-177 Pages: 464-471

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2015.04.033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-Temperature Calcination and Hydrogen Reduction of Rutile TiO2: A Method to Improve the Photocatalytic Activity for Water Oxidation2014

    • Author(s)
      F. Amano, M. Nakata
    • Journal Title

      Applied Catalysis B: Environmental

      Volume: 158-159 Pages: 202-208

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2014.04.025

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Analysis of WO3 Photoelectrode Reaction by Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy (IMPS)2015

    • Author(s)
      古賀 慎一朗、天野史章
    • Organizer
      15th Korea-Japan Symposium on Catalysis
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2015-05-27
  • [Presentation] アントラキノン系色素による光水素生成の反応条件最適化2015

    • Author(s)
      赤木恭和、天野史章
    • Organizer
      第115回触媒討論会(触媒討論会A)
    • Place of Presentation
      成蹊大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-24
  • [Presentation] 酸化タングステン光電極反応の電気化学インピーダンス法による解析2015

    • Author(s)
      古賀 慎一朗、天野史章
    • Organizer
      第115回触媒討論会(触媒討論会A)
    • Place of Presentation
      成蹊大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-24
  • [Presentation] 酸化タングステン光電極反応の光強度変調光電流分光法(IMPS)による解析2015

    • Author(s)
      天野史章、古賀 慎一朗
    • Organizer
      第115回触媒討論会(触媒討論会A)
    • Place of Presentation
      成蹊大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-24
  • [Presentation] Hydrogen reduction treatment on visible-light-responsive titania photocatalysts codoped with tantalum and chromium2014

    • Author(s)
      中田真嗣、天野史章
    • Organizer
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2014-11-26
  • [Presentation] Anchoring group effects on anthraquinone dye-sensitized photocatalysts for hydrogen evolution2014

    • Author(s)
      赤木恭和、天野史章
    • Organizer
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2014-11-26
  • [Presentation] The evaluation of photoelectrode efficiency and internal resistance of WO3 particulate films for water oxidation2014

    • Author(s)
      古賀 慎一朗、天野史章
    • Organizer
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2014-11-26
  • [Presentation] Effects of cation doping with different oxidation numbers on rutile titania photocatalysts for water oxidation2014

    • Author(s)
      濤崎亮輔、天野史章
    • Organizer
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • Year and Date
      2014-11-25
  • [Presentation] アントラキノン系色素増感光触媒のアンカー基効果2014

    • Author(s)
      赤木恭和、天野史章
    • Organizer
      第114回触媒討論会(触媒討論会A)
    • Place of Presentation
      広島大学 東広島キャンパス(広島県)
    • Year and Date
      2014-09-26
  • [Presentation] 酸化タングステン微粒子膜の光電気化学インピーダンス測定2014

    • Author(s)
      古賀 慎一朗、天野史章
    • Organizer
      第114回触媒討論会(触媒討論会A)
    • Place of Presentation
      広島大学 東広島キャンパス(広島県)
    • Year and Date
      2014-09-26
  • [Presentation] 水素還元処理した可視光応答性ドープ型TiO2の光触媒特性評価2014

    • Author(s)
      中田真嗣、天野史章
    • Organizer
      触媒学会 第8回触媒道場
    • Place of Presentation
      北九州ハイツ(福岡県)
    • Year and Date
      2014-09-01
  • [Presentation] 酸化タングステン粒子の光触媒活性に対する粒子サイズ効果2014

    • Author(s)
      天野史章、山方啓
    • Organizer
      第33回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2014-07-18
  • [Presentation] 等原子価および異原子価カチオンを添加したルチル型TiO2の光触媒活性2014

    • Author(s)
      濤崎亮輔、天野史章
    • Organizer
      第51回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県)
    • Year and Date
      2014-06-28
  • [Presentation] WO3微粒子膜の光電極性能と内部抵抗の評価2014

    • Author(s)
      古賀慎一朗、天野史章
    • Organizer
      第51回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県)
    • Year and Date
      2014-06-28
  • [Presentation] 色素増感光触媒へのジヒドロキシアントラキノン系色素の応用2014

    • Author(s)
      赤木恭和、天野史章
    • Organizer
      第51回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県)
    • Year and Date
      2014-06-28

URL: 

Published: 2016-06-01  

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