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遷移金属酸化物混晶薄膜による可視光応答型半導体光電極の研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 14J11989
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関東京工業大学

研究代表者

増子 尚徳  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード光触媒 / 半導体光電極 / 酸化鉄 / イルメナイト
研究実績の概要

太陽光水分解水素製造を担う光電極材料の開発は重要な研究課題である.従来,dn (n = 0, 10) 系遷移金属酸化物への不純物ドーピングで高い可視光水分解能を達成している.一方,dn (n ≠ 0, 10) 系遷移金属酸化物は価数搖動やd-d遷移の複雑さ故,高い可視光水分解能を得るための材料設計指針が明確にされていない.そこで本研究では,dn系遷移金属酸化物の良質な単結晶薄膜を作製し,配向,表面状態,組成,電子構造を系統的に制御し,それらの因子が光電気化学特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした.
一つ目にα-Fe2O3光電極の面方位と光電気化学特性の相関について研究した.パルスレーザ堆積法によりc-およびm-sapphire基板上にα-Fe2O3/Ta:SnO2二層膜をエピタキシャル成長させることで,c及びm軸方向に単一配向したα-Fe2O3光電極構造を作製した.結果として,m軸配向の方が光電流は大きく,c軸配向の方が光電流の立ち上がりポテンシャルは低いことが分かった.また,表面準位容量がc軸とm軸配向で大きく異なり,電解液と接触した際に形成される表面終端構造や酸素原子密度の違いによるものであることが強く示唆された.
二つ目に同周期内の元素傾向を調べるため,イルメナイト型構造MTiO3 (M = Mn, Fe, Co, Ni) の薄膜合成と光水分解能について研究した.パルスレーザ堆積法によりTa:SnO2/m-sapphire上にMTiO3薄膜を作製した.結果として,放射光を使用した実験と第一原理計算の両者から,MTiO3の電子構造を明らかにした.そして電子構造の特徴に由来する,水溶液中での光電流-電圧特性の違いを観測した.加えて,光電気化学インピーダンス測定から表面準位やエネルギーバンド構造を考察した.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of semiconductor photoelectrodes with orientation-controlled α-Fe2O3 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Hisanori Mashiko, Kohei Yoshimatsu, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 号: 5 ページ: 2747-2752

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b10838

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 界面終端面を制御した金属酸化物ヘテロ接合の可視光水分解特性2015

    • 著者名/発表者名
      中村研太郎、増子尚徳、吉松公平、大島孝仁、大友明
    • 学会等名
      CSJ化学フェスタ2015
    • 発表場所
      タワーホール船堀,東京
    • 年月日
      2015-10-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Growth control of CoPi co-catalysts on Fe2O3 by microwave interfacial heating2015

    • 著者名/発表者名
      M. Maitani, T. Yamada, H. Mashiko, K. Yoshimatsu, T. Oshima, S. Tsubaki, E. Suzuki, A. Ohtomo, and Y. Wada
    • 学会等名
      The First International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis
    • 発表場所
      Tokyo University of Science
    • 年月日
      2015-09-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 配向を制御したFe2O3薄膜のインピーダンス測定評価2015

    • 著者名/発表者名
      増子尚徳
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス, 神奈川県
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of Semiconductor-Photoelectrodes Based on Earth-Abundant Fe2O3 with Various Crystalline Orientations2014

    • 著者名/発表者名
      Hisanori Mashiko
    • 学会等名
      The 3rd International Education Forum on Environment and Energy Science
    • 発表場所
      Hyatt Regency Perth, Perth, Australia
    • 年月日
      2014-12-12 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 配向を制御したFe2O3薄膜の半導体光電極特性2014

    • 著者名/発表者名
      増子尚徳
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 東京工業大学 理工学研究科 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.apc.titech.ac.jp/~aohtomo/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東京工業大学 理工学研究科 応用化学専攻 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.apc.titech.ac.jp/~aohtomo/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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