単結晶評価を利用した半導体光触媒の効率制限因子の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
15H00872
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 正史 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362317)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2016)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | TiO2 / SrTiO3 / SiC / 太陽光ー水素 / 単結晶 / 再生可能エネルギー / 水素 / 半導体物性 / 格子欠陥 / 触媒・化学プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
NbドープTiO2単結晶と、NbドープSrTiO3単結晶の光陽極としての性能を比較した。その結果、NbドープTiO2単結晶の方がより高い性能を示し、さらにNbのドープ濃度は、電気伝導性が保たれる限り、低い濃度の方が良いことも明らかになった。
そして、我々が性能を向上させてきたpn接合を有し、さらにPt助触媒で表面修飾したSiC光陰極と、TiO2単結晶もしくはSrTiO3単結晶の光陽極とを組み合わせた。これらをタンデム化することで光起電圧を高め、無バイアスでの水分解を試みた。その結果、硫酸水溶液中で光陽極・光陰極をタンデム化することにより、無バイアスでの光電流を観測した。また、光の回り込みの影響が懸念されるものの、0.01wt％NbドープTiO2光陽極とのタンデム構造の場合、光電流値から計算される太陽光－水素エネルギー変換効率は0.8％となった。さらに水素および酸素の発生も確認した。
したがって、酸化物光陽極とSiC光陰極のタンデム化により、無バイアスでの水分解が達成された。SiC光陰極の還元反応に対する安定性、および酸化物光陽極の酸化反応に対する安定性を考慮すると、このタンデム構造は太陽光－水素エネルギー変換の実用システムとして期待が持てると言える。
またSiC光陰極表面の基礎物性を調査するため、4H-SiCのキャリア寿命の水溶液依存性を調査し、酸性水溶液中での長いキャリア寿命を観測した。これは従来我々が観測してきた3C-SiC光陰極性能のpH依存性と整合が取れているため、表面再結合が光触媒性能に影響を与えることが示唆された。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
