多接合半導体ヘテロ構造ナノ粒子の合成と機能の創出

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14081
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ材料化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 猿山 雅亮 京都大学, 化学研究所, 特定助教 (50636628)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ナノ粒子 / ヘテロ構造 / カチオン交換 / 光触媒

研究成果の概要

Cu2ZnSnS4（CZTS）とCdSがヘテロ接合したナノ粒子の選択合成に成功した。過渡吸収測定から電荷分離状態が長時間維持されることが分かった。>590 nmでの照射でCZTS/CdSナノ粒子が高い色素分解速度を示したことから、p-n接合形成によって長波長光での量子効率が改善することを実証した。また、リン化ニッケル/リン酸鉄ヘテロ構造ナノ粒子を合成し、光触媒との複合化により高い酸素生成触媒活性を付与できることを実証した。さらに、カチオン交換を利用してCu2-xSe/Ni3Se4ヘテロ構造ナノ粒子をはじめて合成し、ナノスケールでのヘテロ構造制御が触媒反応に適した空間を創造できることを示した。

自由記述の分野

ナノ構造化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果で見出された高活性な光電気化学特性を示すナノ粒子材料群は、ナノスケールにおける精密な組成分布制御の重要性を示すものであり、高性能な環境・エネルギー関連材料設計の指針の一助となるものである。また、様々な無機化合物ナノ粒子における空間的な組成分布の制御手法は、広い分野において新規材料を創製するために役立つものと期待される。本成果は、地球温暖化の解決に不可欠なクリーンなソーラー水素製造のための方法論の一つを提供することに成功し、人工光合成システムの実現のために更なる材料とナノ構造の改善が期待されるものである。