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2019 年度 実績報告書

発光性ルテニウム錯体をプローブとした半導体の格子欠陥密度の定量

研究課題

研究課題/領域番号 17K19169
研究機関東京工業大学

研究代表者

前田 和彦  東京工業大学, 理学院, 准教授 (40549234)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード金属錯体 / 半導体 / 格子欠陥 / 光触媒
研究実績の概要

半導体中に存在する格子欠陥は、光励起電子と正孔の再結合中心として働くことが経験的に知られており、欠陥密度の低減は、高性能な太陽電池や光触媒を開発する上で欠かせない共通課題である。そしてそのためには、半導体中に存在する格子欠陥を適切に評価する手法が不可欠となるが、現状で我々は、材料の種類(組成や形状)を選ばず汎用的に適用できる測定手法を持たない。本プロジェクトでは、光を吸収して励起状態となった発光性ルテニウム錯体が半導体へ電子を注入する現象に着目し、それに伴う発光減衰をモニターすることで半導体中に存在する格子欠陥密度の評価を試みてきた。
本年度における最も重要な成果は、半導体表面の欠陥による励起キャリアの捕捉効果を、表面に吸着した色素をプローブとして明らかにしたことである。具体的には、酸素欠陥密度を精密に制御したSrTiO3粉末試料表面にルテニウム錯体色素を吸着し、その発光寿命を調べることで、SrTiO3表面における励起キャリアの捕捉効果を調べた。その結果、SrTiO3中の酸素欠陥濃度の上昇によって光励起キャリアの捕捉が促進されることと、酸素欠陥濃度の上昇によってその捕捉が抑制されることを明らかにした。さらには、励起状態の酸化電位の異なる複数のルテニウム錯体色素をプローブとした表面欠陥の調査法によって、欠陥が持つエネルギーレベルを特定することが出来ることも明らかにした。色素増感型光電変換材料の分野では、吸着色素から半導体表面欠陥への励起キャリア移動は性能低下に直結する大きな問題と考えられているが、半導体の欠陥濃度と明確に関連付けた研究は本系がはじめての例である。この成果は、J. Phys. Chem. C誌に発表した。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] The University of Pennsylvania(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      The University of Pennsylvania
  • [雑誌論文] Defect Density-Dependent Electron Injection from Excited-State Ru(II) Tris-Diimine Complexes into Defect-Controlled Oxide Semiconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Nishioka Shunta、Yamazaki Yasuomi、Okazaki Megumi、Sekizawa Keita、Sahara Go、Murakoshi Riho、Saito Daiki、Kuriki Ryo、Oshima Takayoshi、Hyodo Junji、Yamazaki Yoshihiro、Ishitani Osamu、Mallouk Thomas E.、Maeda Kazuhiko
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 28310~28318

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b09781

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crucial impact of reduction on the photocarrier dynamics of SrTiO3 powders studied by transient absorption spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Vequizo Junie Jhon M.、Nishioka Shunta、Hyodo Junji、Yamazaki Yoshihiro、Maeda Kazuhiko、Yamakata Akira
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 7 ページ: 26139~26146

    • DOI

      10.1039/C9TA08216F

    • 査読あり
  • [学会発表] Correlation between electron density of SrTiO3 powder and hydrogen/oxygen evolution photocatalytic activities2019

    • 著者名/発表者名
      Nishioka, S.; Hyodo, J.; Vequizo, J. J. M.; Yamashita, S.; Kumagai, H.; Kimoto, K.; Yamakata, A.; Yamazaki, Y.; Maeda, K.
    • 学会等名
      2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development and the 4th International Conference on Innovations in Biomaterials, Biomanufacturing and Biotechnologies
    • 国際学会
  • [学会発表] エネルギー変換型光触媒2019

    • 著者名/発表者名
      前田和彦
    • 学会等名
      日本分析化学会第13回近畿支部 夏季セミナー~ぶんせき秘帖巻ノ拾弐~
    • 招待講演
  • [学会発表] 光触媒から学んだ研究の楽しみ方2019

    • 著者名/発表者名
      前田和彦
    • 学会等名
      第40回光化学若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] Water oxidation by new semiconductor photocatalysts2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Maeda
    • 学会等名
      The International Functional Nanomaterials and Nanodevices Conference 2019
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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