| 研究課題/領域番号 |
18H03772
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
杉山 正和 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90323534)
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| 研究分担者 |
佐藤 正寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40805769)
藤井 克司 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (80444016)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)
2020年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
2019年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2018年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
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| キーワード | 光触媒 / 半導体物理 / 界面準位 / バンドアラインメント / 水分解 / 水素 / 光起電力 / 半導体 |
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| 研究成果の概要 |
半導体光触媒として単結晶基板を用い，電解液界面でのバンド曲がりや光起電力に，半導体表面の欠陥準位や電解液由来の化学種が与える影響を系統的に調査した．解析対象としたGaN，SrTiO3，TiO2はいずれも電解液との界面にショットキー接合的なバンドアラインメントを形成したが，半導体表面の結晶欠陥のみならず表面化学種が光励起キャリアの再結合中心となり光照射下でフェルミ準位をピニングし，擬フェルミエネルギーが水素・酸素生成に必要な電位に達することを阻害する現象が顕著に観察された．また，水素生成助触媒として用いられるPtは仕事関数からの予想に反してGaNやSTOとオーム性接触していることが確認された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
半導体光触媒の材料探索には，バンド端のエネルギーと水素・酸素発生電位との整合関係が高効率水分解の指標として主に考慮されてきた．本研究により，実際に水素・酸素発生の進行を司る光励起キャリアの擬フェルミエネルギーは，バンド端のエネルギーのみならず半導体／電解液界面での欠陥や半導体表面の化学種を介したキャリアの再結合により，とくに光強度が十分でない場合にピニングされることが明らかになった．本研究で開発した開放電圧を幅広い光強度範囲で観察する手法により，このようなフェルミエネルギーのピニングを定量化することが可能となり，高効率光触媒に必要な半導体の表面処理を最適化する指針が見出された．
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