| 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 |
15H00879
|
|---|
| 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 | 九州大学 |
|---|
研究代表者 |
伊田 進太郎 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70404324)
|
|---|
| 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 | 鉄系酸化物 / 光エネルギー変換 / 水素 / 光電気化学 / 光電気化学的水分解 / 鉄酸カルシウム / CaFe2O4 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本年度は光電気化学特性のモデリングソフトを用いて、計算と実験の両方から鉄系酸化物半導体電極（CaFe2O4；CFO）の特性向上を検討した。これまでの研究で、CFOは光電気化学反応中に表面が腐食するという課題があることが明らかになっていたので、表面保護層としてTiO2層の導入を検討した。保護層を導入するにあたり、モデリングソフトを用いて光電気化学特性のシミュレーションを実施したところ、酸化チタン層の膜厚を５-２０nm導入し、可視光領域の光を照射すると、オンセットポテンシャルが大きく向上することが示唆された（紫外線を照射すると、オンセットポテンシャルが低下することも示唆された）。実際に、パルスレーザーデポジション法で酸化チタン薄膜をCFO電極上に成膜した光電気化学デバイス素子を作製して動作を確認したところ、確かにオンセットポテンシャルが可視光照射により向上（正電位側にシフト）した。さらに、このオンセットポテンシャル（約1.5V vs RHE）はこれまでp型酸化物半導体で報告されている値でもっとも正の電位を持つことが文献等の調査により判明した。
開発した酸化チタン/CFO電極とPt/酸化ルテニウム電極を短絡させて、水酸化ナトリウム水溶液中でCFO電極表面に４７０nmの光を照射すると、無バイアスでも光電流が発生し、CFO電極側で水素が安定に生成することが明らかになった。このような鉄系酸化物半導体単独で無バイアスで水から水素を発生させた系は初めての報告である。また、酸化チタン層の導入により、CFO電極の腐食が抑制され少なくとも１日以上は、安定に開発した光電気化学デバイスが動作することも確認している。今後の課題としては、生成する水素の量が少ないことであり、CFO電極内の内部抵抗の低減と結晶性の向上により再結合をさらに抑えることが今後の開発に求められる。
|
| 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。
|
