| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H00872
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
加藤 正史 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362317)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2016年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | TiO2 / SrTiO3 / SiC / 太陽光ー水素 / 単結晶 / 再生可能エネルギー / 水素 / 半導体物性 / 格子欠陥 / 触媒・化学プロセス |
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| 研究実績の概要 |
NbドープTiO2単結晶と、NbドープSrTiO3単結晶の光陽極としての性能を比較した。その結果、NbドープTiO2単結晶の方がより高い性能を示し、さらにNbのドープ濃度は、電気伝導性が保たれる限り、低い濃度の方が良いことも明らかになった。
そして、我々が性能を向上させてきたpn接合を有し、さらにPt助触媒で表面修飾したSiC光陰極と、TiO2単結晶もしくはSrTiO3単結晶の光陽極とを組み合わせた。これらをタンデム化することで光起電圧を高め、無バイアスでの水分解を試みた。その結果、硫酸水溶液中で光陽極・光陰極をタンデム化することにより、無バイアスでの光電流を観測した。また、光の回り込みの影響が懸念されるものの、0.01wt％NbドープTiO2光陽極とのタンデム構造の場合、光電流値から計算される太陽光－水素エネルギー変換効率は0.8％となった。さらに水素および酸素の発生も確認した。
したがって、酸化物光陽極とSiC光陰極のタンデム化により、無バイアスでの水分解が達成された。SiC光陰極の還元反応に対する安定性、および酸化物光陽極の酸化反応に対する安定性を考慮すると、このタンデム構造は太陽光－水素エネルギー変換の実用システムとして期待が持てると言える。
またSiC光陰極表面の基礎物性を調査するため、4H-SiCのキャリア寿命の水溶液依存性を調査し、酸性水溶液中での長いキャリア寿命を観測した。これは従来我々が観測してきた3C-SiC光陰極性能のpH依存性と整合が取れているため、表面再結合が光触媒性能に影響を与えることが示唆された。
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| 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。
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| 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。
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