| 研究課題/領域番号 |
19H02823
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
秋山 賢輔 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 上席研究員 (70426360)
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| 研究分担者 |
祖父江 和治 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (10426413)
高橋 亮 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (00426404)
国松 昌幸 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (20426414)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2019年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | 半導体ヘテロ接合 / 光触媒 / 水分解 / 半導体ヘテロ構造 / 電極 / 半導体ヘテロ接 / 光電極 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、金属層を介してp型とn型の半導体を接合させることにより、光触媒の還元反応に用いる伝導帯下端の電極電位、及び酸化反応に用いる価電子帯上端の電極電位を制御する。これにより光触媒反応に寄与する電子と正孔の化学ポテンシャルが制御された光電極型の光触媒反応システムを構築し、水分解による水素 (H2)と酸素 (O2)の発生特性を評価する。
このシステムに0.8 eVの禁制帯幅を持つp型半導体の鉄シリサイド(β-FeSi2)を用いて、太陽光スペクトルの近赤外光まで応答する光電極システムを創製する。
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| 研究成果の概要 |
p型半導体の鉄シリサイド（β-FeSi2）と、n型半導体であるルチル型酸化チタン（TiO2）とが金属層を介して接合した水分解用の光電極システムを実現した。接合金属のAuにAgを添加し、Ag濃度増加に伴って接合部の標準電極電位が卑側にシフトすることでβ-FeSi2の導電帯下端の電位を制御可能なことが明らかとなった。さらにβ-FeSi2とTiO2との半導体複合粒子による水分解システムにおいて、ヘテロ接合部からの光励起キャリアの水中へのリークが、構造固有の課題であることが明らかとなり、これを酸化クロム（CrOx）層の接合部への被覆によって抑制し、光触媒効果による水分解反応速度の増大化を実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
金属層を介して水素発生用光触媒（p型）と酸素発生用光触媒（n型）を接合させることにより、光触媒の還元反応に用いる伝導帯下端の電極電位、及び酸化反応に用いる価電子帯上端の電極電位を制御できることが明らかとなった。これにより光触媒反応に寄与する電子と正孔の化学ポテンシャルが制御された光電極型、及び粉末系光触媒反応システム構築が可能となった。このことは、水分解反応系に留まらず光触媒効果を用いた光－化学エネルギー変換において、そのエネルギー変換効率向上への新たなシステム・材料設計の指針提案となる。
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