| 研究課題/領域番号 |
17K04989
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
寺迫 智昭 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (70294783)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 酸化亜鉛 / 酸化銅 / 酸化ニッケル / CBD法 / ナノロッド / 光触媒 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、人工光合成用Zスキーム型光触媒用ナノ構造体材料としてのn型酸化物半導体ZnOとp型酸化物半導体CuO、Cu2O及び新たにNiOの化学溶液析出法（CBD法）での結晶成長技術の確立に取り組んだ。ZnOについては、高知工科大学総合研究所マテリアルデザインセンターより提供いただいたイオンプレーティング法Ga添加ZnO（GZO）薄膜をシード層に用いることで再現性良く、垂直配向したナノロッド（NRs）群が成長可能であることを確認した。さらに有機物半導体PEDOT:PSSを堆積し、PEDOT:PSS/ZnO NRs/GZOヘテロ接合を作製し、光検出を試みたところ紫外線による光電流が確認され、その動作原理にNRs表面へのイオン化した酸素分子の吸脱着が関係していることが明らかになった。
CuOについては、電気伝導度の向上を目的として硝酸リチウム(LiNO3)を不純物原料に用いたLi添加を試み、CBD溶液中のLiNO3濃度の上昇に伴い一度は抵抗率が低下するものの、さらに添加濃度が上昇すると抵抗率が上昇するという傾向が観察された。高濃度側での抵抗率の上昇は、過剰に供給されたLi原子がCu格子位置を置換することができなくなり、格子間位置などを置換することで散乱中心として働くようになり、キャリアの移動を阻害したことに起因すると考えている。
研究代表者が提案しているFe支援CBD法によって成長した比較的大きな結晶粒サイズを有し、平坦なCu2O薄膜上へのZnO NRsの堆積を試みたが、Cu2Oの結晶粒上にコブのようにZnO NRsが堆積したが、Cu2O薄膜がエッチングされてピンホールが形成されるという問題があることが明らかになった。
本年度は、新たにNiOの成長実験を試み、Auシード層上へナノウォール構造が形成されることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
イオンプレーティング法で作製したGZOシード層上へのZnOナノ構造体の作製については新たな知見が得られ、進展が見られた。しかしながら、ポリエチレンイミン（PEI）添加によるZnO NRsによる直径制御については、イオン交換水の純度の違いが直径方向の成長に及ぼす影響が大きく、明確なPEI添加の効果は観察されなかった。CuOについては、主にスパッタリング法で作製したAu薄膜をシード層にLi添加やCBD溶液のpH依存性などの実験を行ったが、基板とシード層との付着状態が芳しくなく、成長中にシード層が剥がれるという問題があった。このため何度も同一条件での薄膜成長を試みるなど時間を要し、水の光分解を評価するシステムの構築が次年度に先送りとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度、ｐ型酸化物半導体CuO、Cu2O及びNiO薄膜についてはX線回折(XRD)測定による配向性の確認や走査型電子顕微鏡(SEM)による薄膜表面形態観察といった結晶学的特性評価及び暗状態下での抵抗率測定にとどまっており、次年度は光照射下での電流-電圧特性評価、光照射によるキャリア生成が確認された場合には光伝導度スペクトル測定を行う。
ZnOナノロッド(NRs)については、イオン交換水中に含まれて残留不純物NaClがNRsの直径方向の成長を促進している可能性があるとの結果を得ていることから、成長前あるいは成長中のCBD溶液中に意図的にNaClを添加することによるZnO NRsの形状制御の可能性を探る。
上記のようにp型酸化物半導体群およびZnO NRsのそれぞれの形状制御技術確立を目指した成長実験とそれらの基礎的物性評価と並行してこれらの半導体間での複合ナノ構造の形成を試みる。イオンプレーティング法で作製したGa添加ZnO(GZO)シード層を利用することで再現性良くZnO NRsが成長可能であることが明らかになっている。そこで本年度は、ZnO NRsを複合構造の骨格としてこの表面にp型酸化物半導体CuO、Cu2O及びNiOのナノ構造を堆積するという方法で複合化を図る。作製したナノ複合構造については、SEMによる表面形態観察、透過スペクトル測定、光伝導スペクトル測定を行い、形状と光吸収特性(キャリア生成特性)との相関関係を検討する。
水の光分解測定用に既存のキセノンランプと分光器を用いた測定系及び光照射用の石英窓を有する測定用セルを構築する。測定セル内で発生した気体の分析にはガスクロマトグラフ装置を使用するが、予備的にシリンジでの気体回収による分析実験を行い、この結果を基にして測定セルからガスクロマトグラフ装置に直接に発生気体を導入するガス供給系統を構築する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は個々のナノ構造の形状あるいは電気的特性の制御性を確立するための成長実験に多くの時間を割いたため、本年度中に実施予定であった水の光分解で生成された気体を分析する測定の構築が次年度に先送りになった。それに伴い、光分解用測定セルからガスクロマトグラフィー装置に生成気体を輸送に使用する配管部材購入費用が残った。これは次年度に配管部材購入に充当する。
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