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ヘテロ接合量子ドット光触媒を用いる高効率光触媒反応の開発

公募研究

研究領域人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合
研究課題/領域番号 15H00870
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード半導体ナノ粒子 / 量子ドット / 光触媒 / 水素発生 / 多元半導体 / ヘテロ接合 / 電荷分離
研究実績の概要

太陽光の高効率なエネルギー変換を目指して、近赤外領域に光吸収をもつ半導体ナノ粒子の新規合成が盛んに行われている。なかでもCu2ZnSnS4(CZTS)は、高い吸光係数と狭いエネルギーギャップ(Eg)(1.4 eV)をもち、さらに安価・低毒性な元素のみから構成されることから、次世代光エネルギー変換材料として注目されている。近年、このCZTSとAg2ZnSnS4(AZTS)とのバルク固溶体((Cu1-xAgx)2ZnSnS4, CAZTS)が、水素生成反応に対して高い光触媒活性を示すことが報告された。そこで本研究では、CZTSとAg2ZnSnS4(AZTS)との固溶体からなるナノ粒子を合成し、その近赤外領域における光吸収特性を評価した。
CAZTSナノ粒子は、対応する金属のジエチルジチオカルバミン酸塩をオレイルアミンに加え、窒素雰囲気下300℃で熱分解することで作製した。得られた粒子をFTO基板上に固定し、さらに窒素雰囲気下300℃で焼成することで、CAZTSナノ粒子薄膜を得た。
液相合成により生成したCAZTSナノ粒子は平均粒径約4~8 nmの多角形粒子であり、そのXRDパターンはケステライト構造CAZTS固溶体に一致した。用いる金属前駆体のCu/Ag比を変化させることで、得られた粒子の化学組成を0≦x≦1の範囲で制御することができた。粒子のEgは、組成xの増加によって1.1 (x = 0)から1.8 eV(x = 1)に連続的に変化した。
FTO電極上に製膜したCAZTSナノ粒子薄膜に光照射すると、いずれの場合もカソード光電流を生じ、その大きさはより負な電位を印加することで増大したことから、p型半導体電極に類似した光応答といえる。一方、AZTSナノ粒子を担持した電極では、より正な電位の印加によりアノード光電流が増大し、n型半導体特性を示した。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Controlling Shape Anisotropy of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles for Improving Photocatalytic Activity2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Highly Durable Pt Nanoparticle-supported Carbon Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction Tailored by Using an Ionic Liquid Thin Layer2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Yoshii, Keisuke Yamaji, Tetsuya Tsuda, Hiroaki Matsumoto, Takeshi Sato, Reiko Izumi, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 4 号: 31 ページ: 12152-12157

    • DOI

      10.1039/c6ta04859e

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal Phase-controlled Synthesis of Rod-shaped AgInTe2 Nanocrystals for in vivo Imaging in the Near-infrared Wavelength Region2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 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 Evolution2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Photocatalytic Activity of Anisotropic-shaped ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles2017

    • 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)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2017-02-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Shape-Dependent Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto, Y. Kamiya, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • 学会等名
      PRiMe 2016
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Preparation of multinary metal chalcogenide semiconductor nanocrystals and their size-and composition-dependent photochemical properties2016

    • 著者名/発表者名
      鳥本 司
    • 学会等名
      2016年光化学討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カルコパイライト型量子ドットの組成・形状の精密制御とその光化学特性2016

    • 著者名/発表者名
      鳥本 司
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヘテロ接合をもつZnSe-AgInS2複合ナノ粒子の作製と光触媒活性2016

    • 著者名/発表者名
      岸まり乃, 亀山達矢, 桑畑進, 鳥本司
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Size-controlled synthesis of ZnS-AgInS2 solid solution nanoparticles and their visible-light-driven photocatalytic activity2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Tatsuya Kameyama, Susumu Kuwabata
    • 学会等名
      PACIFICHEM2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Tunable Electronic Energy Structure of ZnSe-AgInSe2 Solid Solution Nanoparticles for Solar Energy Conversion2015

    • 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, USA
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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