半導体ナノフォトダイオード粒子による高効率光エネルギー変換

• 研究課題/領域番号: 15H03876
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 鳥本 司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)
• 研究分担者: 亀山 達矢 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40646759)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 量子ドット / 低毒性半導体 / 半導体ナノ粒子 / ヘテロ接合 / 光触媒 / 太陽電池 / カルコパイライト / 多元半導体 / ナノ材料 / ダンベル形状

研究成果の概要

半導体ナノ粒子を用いる光エネルギー変換が注目されている。本研究では、低毒性元素からなる多元半導体ナノ粒子を液相化学合成し、光エネルギー変換特性を評価した。ZnS-AgInS2固溶体(ZAIS)ナノ粒子の光触媒活性は、組成、サイズ、形状によって大きく変化した。特に、ロッド形状ZAIS粒子の両末端に楕円球状ZAIS結晶を成長させたダンベル形状粒子は、Type II型ヘテロ接合を粒子内部にもつために効率良く光電荷分離し、高い光触媒活性を示した。さらに、ZnTe-AgIgTe2固溶体(ZAITe)ナノ粒子薄膜電極では、表面にIn2S3シェル層を析出させてヘテロ接合を形成すると大幅に光電流が向上した。

研究成果

• [雑誌論文] Rod-Shaped Zn-Ag-In-Te Nanocrystals with Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence in the Near-IR Region (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kameyama, Kouta Sugiura, Yujiro Ishigami, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C. 巻: 6 号: 8 ページ: 2034-2042
  • DOI: 10.1039/c7tc05624a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Photocatalytic Activity of Zn-Ag-In-S Semiconductor Nanocrystals with a Dumbbell-Shaped Heterostructure (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kameyama, Seiya Koyama, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 印刷中 号: 25 ページ: 13705-13715
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrocatalytic Activity of Bimetallic Pd-Au Particle Films Prepared by Sequential Sputter Deposition of Pd and Au onto Hydroxyl-functionalized Ionic Liquid (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hamada, Daisuke Sugioka, Tatsuya Kameyama, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 46 号: 7 ページ: 956-959
  • DOI: 10.1246/cl.170242
  • NAID: 130005709545
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructure Engineering of Size-Quantized Semiconductor Particles for Photoelectrochemical Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 85 号: 9 ページ: 534-542
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.85.534
  • NAID: 130006063832
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shushi Suzuki, Yuuki Hattori, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto (2017)
  • 著者名/発表者名: Improvement of Photoluminescence Stability of ZnS-AgInS2 Nanoparticles through Interactions with Ionic Liquids
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A Chem. 巻: 332 ページ: 371-375
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2016.08.034
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of a Pt-decorated Au Nanoparticle Monolayer Floating on Ionic Liquid by the Ionic Liquid/Metal Sputtering Method and Tunable Electrocatalytic Activities of the Resulting Monolayer (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sugioka, Tatsuya Kameyama, Susumu Kuwabata, Takahisa Yamamoto, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 8 号: 17 ページ: 10874-10883
  • DOI: 10.1021/acsami.6b01978
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of Surface Ligands on Semiconductor Nanoparticle Surfaces Using Electron Transfer to Redox Species (2016)
  • 著者名/発表者名: Taro Uematsu, Eisuke Shimomura, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 29 ページ: 16012-16023
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12698
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-particle Spectroscopy of I-III-VI Semiconductor Nanocrystals: Spectral Diffusion and Suppression of Blinking by Two-color Excitation (2016)
  • 著者名/発表者名: Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Lukasz Bujak, Vasudevanpillai Biju, Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Tsukasa Torimoto, and Martin Vacha
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8 号: 28 ページ: 13687-13694
  • DOI: 10.1039/c6nr03950b
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-step Preparation of Indium Tin Oxide Nanocrystals Dispersed in Ionic Liquids via Oxidation of Molten In-Sn Alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sugioka, Tatsuya Kameyama, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 52 号: 82 ページ: 12241-12244
  • DOI: 10.1039/c6cc06517a
  • NAID: 120006220237
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controlling Shape Anisotropy of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles for Improving Photocatalytic Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Tatsuya Kameyama, Hiroyasu Nishi, Taro Uematsu, Susumu Kuwabata, and Tamaki Shibayama
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 8 号: 40 ページ: 27151-27161
  • DOI: 10.1021/acsami.6b10408
  • NAID: 120006220236
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Phase-controlled Synthesis of Rod-shaped AgInTe2 Nanocrystals for in vivo Imaging in the Near-infrared Wavelength Region (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kameyama, Y. Ishigami, H. Yukawa, T. Shimada, Y. Baba, T. Ishikawa, S. Kuwabata, T. Torimoto
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8 号: 10 ページ: 5435-5440
  • DOI: 10.1039/c5nr07532g
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-step Preparation of Two-dimensionally Organized Gold Particles via Ionic Liquid/Metal Sputter Deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Sugioka, T. Kameyama, S. Kuwabata, T. Torimoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 19 ページ: 13150-13159
  • DOI: 10.1039/c5cp01602a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controlling the Electronic Energy Structure of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanocrystals for Photoluminescence and Photocatalytic Hydrogen Evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kameyama, T. Takahashi, T. Machida, Y. Kamiya, T. Yamamoto, S. Kuwabata, T. Torimoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 119 号: 44 ページ: 24740-24749
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b07994
  • 査読あり
• [雑誌論文] イオン液体/金属スパッタリングによる金属ナノ粒子複合体の合成とサイズ・組成の精密制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司, 亀山 達矢, 桑畑 進
  • 雑誌名: 溶融塩および高温化学 巻: 58 ページ: 111-118
  • NAID: 40020696558
  • 査読あり
• [学会発表] Solution Phase Synthesis of Multinary Quantum Dots and Their Photofunctionality (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] 多元金属カルコゲニド半導体からなる低毒性量子ドットの合成と発光特性制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] Enhancement of Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanocrystals By Controlling Their Shape Anisotropy (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Youtaro Kamiya, Susumu Kuwabata and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: 231st ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tunable Photoelectrochemical Property of ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals in the Near-IR Region (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Kouta Sugiura, Susumu Kuwabata, and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: 231st ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solution Phase Synthesis of Near-IR-responsive ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals and Their Photoelectrochemical Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Kouta Sugiura, Susumu Kuwabata, and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: IUMRS-ICA2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photocatalytic Activity of Anisotropic-shaped ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Susumu Kuwabata, and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: Materials Challenges in Alternative and Renewable Energy 2017(MCARE 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Shape-Dependent Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Torimoto, Y. Kamiya, S. Kuwabata, and T. Kameyama
  • 学会等名: PRiMe 2016
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation of Anisotropic-shaped ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles and Their Photocatalytic H2 Evolution Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Susumu Kuwabata, and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: THE 4TH SHTP ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE 2016
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation and Photochemical Properties of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Takahiro Machida, Yutaro Kamiya, Susumu Kuwabata. and Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: 9th Asian Photochemistry Conference (APC2016)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation of multinary metal chalcogenide semiconductor nanocrystals and their size- and composition-dependent photochemical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
• [学会発表] サイズと組成に依存したZnS-AgInS2固溶体ナノ結晶の光触媒活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2015-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] Tunable Electronic Energy Structure of ZnSe-AgInSe2 Solid Solution Nanoparticles for Solar Energy Conversion (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Yusuke Douke, Hiroko Shibakawa, Susumu Kuwabata, Tatsuya Kameyama
  • 学会等名: 227th ECS Meeting
  • 発表場所: Chicago
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イオン液体への金属スパッタリングによる金属ナノ構造体の創製と機能材料への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司
  • 学会等名: グリーンケミストリー研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [図書] 量子ドット・マイクロLEDディスプレイおよび関連材料の技術開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鳥本 司，亀山達矢，桑畑 進（分担執筆）
  • 総ページ数: 121
  • 出版者: シーエムシー・リサーチ
  • ISBN: 9784904482445
• [図書] Nanocatalysis in Ionic Liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Torimoto, Tatsuya Kameyama, and Susumu Kuwabata （分担執筆）
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: Wiley
  • ISBN: 9783527339105