ISSP - The institute for Solid State Physics

Organization
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リップマー研究室
准教授
リップマー ミック
助教
高橋 竜太
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水素を生成する水分解光電極は酸化物半導体にとって興味深い課題を抱えている。高効率な光電極反応を得るためには、水の中で化学的安定に存在し、バンドギャップが約2eV、さらには室温でのフォトキャリアの移動度が高い半導体材料を使用しなければならない。これまでに我々はIr:SrTiO3やRh:SrTiO3を光電極に用いてきたが、これらの材料は3つ目の条件を網羅しておらず、高効率な反応を得ることはできなかった。低いフォトキャリア移動度の材料でも高い光触媒特性を発現させるべく、光触媒材料の中に金属のナノピラー構造が自己組織化した薄膜結晶の作製を試みた。半導体酸化物と金属ピラー構造の界面がショットキー接合になり、内部電界によって電荷を効率良く分離する層として機能する。フォトキャリアの拡散長は短くなり、フォトキャリアの移動度が低い材料でも効率良く電荷分離することを可能にする。

図1. SrTiO3中で自己組織化した貴金属ナノピラーのSTEM像。ナノピラー構造の析出はIr,Pt,Pd,Rhの金属で観察された。Ir:SrTiO3薄膜ではIr金属ナノピラー構造周辺でショットキー空乏層が形成し、水分解反応の効率を高める。
図2. 薄膜中の金属ナノピラーの模式図。金属と酸化物の界面にショットキー接合を形成し、光誘起したフォトキャリアが再結合する前にホールと電子に効率良く分離させる。また、金属ナノピラー構造は電荷分離したホールが酸素発生する固液界面へ移動するためのパスとしても機能する。

研究テーマ

  1. パルスレーザー堆積法による酸化物薄膜そしてヘテロ構造の作製
  2. 水分解光電極反応の高効率化に向けた酸化物半導体材料の開発
  3. 極性材料とマルチフェロイック材料の開発
  4. 酸化物ナノ構造またはナノコンポジット薄膜の合成