2018 Fiscal Year Research-status Report
光触媒／多波長吸収金属ナノワイヤーコアシェルアレイによる可視光利用高効率水素生成
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18K04877
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高瀬 浩一 日本大学, 理工学部, 教授 (10297781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 智弘 関西大学, システム理工学部, 准教授 (80581165)
田中 啓文 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (90373191)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノワイヤー / 金属ナノワイヤー / 光触媒 / 水分解 / 可視光線応答 / プラズモン吸収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化チタンを可視光応答させることで、太陽光による水の分解を通して自然エネルギーの一つである水素を得ることを目標にしている。これを実現するために、金ナノ粒子やナノワイヤーに誘起される局在表面プラズモン吸収を用い、金内部で生成されたホットエレクトロンを酸化チタンに導入する。導入された電子は、酸化チタン内で水の分解に使われ、水素が生成されると期待される。考えられる金ナノ粒子／酸化チタン複合体の構造は、単に金ナノ粒子を酸化チタン薄膜上に置くだけのもの、酸化チタン単結晶ナノワイヤー直上に金ナノ粒子を配置するもの、金ナノワイヤーを酸化チタン薄膜で包んだコアシェル構造にしたものの３種類が考えられる。本研究では、酸化チタン／金ナノワイヤーコアシェル構造に注目する。金ナノワイヤーは、ナノ粒子に比べて長手方向にもプラズモン吸収が発現するため、太陽光をより効率よく吸収できると考えられる。
今年度は、基板に対して自立した金ナノワイヤーの実現を目指し、これに取り組んだ。ナノワイヤーの作成は、ナノ細孔が基板に対して垂直に成長しているポーラスアルミナをテンプレートに用い、このナノ細孔に電解メッキ法で金を埋め込むことで行った。その結果、ポーラスアルミナの場所で埋め込み長さは異なるものの、直径50nm、長さ2μm程度のナノワイヤーの作成ができた。コアシェル構造実現のために、ナノワイヤーを保持していたポーラスアルミナを化学的に除去すると、長いためか、ナノワイヤーは自立することなく、倒れてしまった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り陽極酸化ポーラスアルミナをテンプレートして、金ナノワイヤーの作成に成功した。しかし、1cm四方の中で長さムラがめだった。埋め込みに成功した金ナノワイヤーの典型的な大きさは、直径50nmで長さ2μmである。コアシェル構造作成のためには、ナノワイヤーの周りのポーラスアルミナを除去する必要がある。そこで、アルミナを除去してみた結果、長さが長いと自身を支えることができず倒れてしまうことがわかった。これは、期せずして、長いワイヤーが成長したためで、今後は、どの程度の長さであれば、自立したナノワイヤーが得られるかをメッキ時間を色々と変えながら調査していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、ポーラスアルミナナノ細孔への金の埋め込み時間を色々と変えながら、自立した金ナノワイヤー成長を目指す。今年度は、アルミニウムを基板として実験を行なっているが、今の所、埋め込まれた金の長さが場所に大きく依存している。ポーラスアルミナの細孔底部はバリア層と呼ばれる絶縁層であり、これがあると電解メッキを施すことができない。そのため、バリア層の除去を行なっているが、化学的な除去では、バリア層を除去しても露出したアルミニウムがすぐに酸化されてすぐに不導体を作ってしまい、これが大きな場所依存に繋がっていると推察される。
そこで、来年度は、基板をアルミニウムからアルミニウム／金／チタン／SiO2/Siに代えて、細孔底部にあるバリア層の完全除去を行い、より均一な埋め込みを目指す。
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| Causes of Carryover |
今年度は、手持ちの原材料の活用により購入費が抑えられた。来年度は、基板をアルミニウムから金属多層膜に切り替えるため、残額分は、この購入費用に当てる。また、酸化物薄膜の堆積については、研究室所有の分子線エピタキシー(MBE)装置を用いる他、原子数層を堆積できる原子層堆積法(ALD)もあわせて使用したい。この委託成膜に１回３０万円が見込まれるので、こちらの費用等にも使用していきたい。
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[Presentation] Relationship between structural characters and physical properties of the layered oxypnictides (LaO)TPn (T=transition elements, Pn=pnictogen elements)2018
Author(s)
K. Takase, T. Shimomura, K. Sone, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, T. Fukushima, K. Sato, Y. Hara, A. Higashiya, A. Yamasaki, A. Hariki
Organizer
28th MRS-J
Int'l Joint Research / Invited
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