Separation of surface and bulk recombination velocities of carriers in SrTiO3 for optimization of photocatalytic performance

分离 SrTiO3 中载流子的表面和体复合速度以优化光催化性能

基本信息

批准号：
21H01828
负责人：
加藤正史
金额：
$ 10.4万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01828/
关键词：
SrTiO3 キャリア再結合表面結晶

项目摘要

2021年度に公表したSrTiO3単結晶におけるキャリア再結合の観測結果を基に、2022年度においては斜め研磨をしたSrTiO3単結晶試料を新たに作製し、表面再結合速度の精密測定を試みた。その結果、より高い精度で表面再結合速度を見積もることができ、さらにその値の面方位の依存性はそれほど大きくないことが明らかになった。さらに副次的効果として、表面再結合速度の見積もり精度が上がった結果、結晶内部の現象であるバルク再結合速度も高い精度で見積もることが可能となった。その結果、試料間でバルク再結合速度は顕著な相違を見せており、結晶成長中に混入するわずかな結晶欠陥の制御が光触媒の設計において重要であることが示唆された。また当初計画していた表面再結合速度への水溶液界面・電界印加効果については、実験した結果顕著な電界印加依存性が確認できなかったため、中止している。一方で、計画に含めていた助触媒効果については、CoOx助触媒をSrTiO3表面に形成した試料を作製し、助触媒が表面再結合速度に与える影響を観測中である。また計画には含めていなかった研究成果として、SrTiO3結晶中の転位がキャリア再結合に与える影響についても実験結果が得られており、論文化できる見込みである。さらにはSrTiO3以外の酸化物光触媒材料についてもSrTiO3に対して用いた手法により表面・バルク再結合の見積もりを開始している。以上のように　SrTiO3光触媒のエネルギー変換効率を向上させる材料設計に必要な、表面と内部の再結合を切り分けて定量化するという目標に対して、着実に成果が得られてきている。

基于2021年发表的SrTiO3单晶载流子复合观测结果，2022年我们制作了新的倾斜抛光SrTiO3单晶样品，并尝试精确测量表面复合率。结果，可以更高精度地估计表面复合率，并且还表明该值对表面取向的依赖性并不那么大。此外，作为副作用，由于提高了表面复合率的推算精度，因此可以高精度地推算作为晶体内部的现象的体复合率。结果显示样品之间的体复合率存在显着差异，这表明控制晶体生长过程中引入的小晶体缺陷在光催化剂设计中很重要。此外，原计划的水溶液界面和电场应用对表面复合率影响的研究被终止，因为实验没有证实对电场应用的任何显着依赖性。另一方面，关于计划中包含的助催化剂效应，我们目前正在通过制作在SrTiO3表面上形成CoOx助催化剂的样品来观察助催化剂对表面复合率的影响。。另外，作为计划中未包含的研究成果，SrTiO3晶体中位错对载流子复合影响的实验结果已获得，预计将以论文形式发表。此外，我们已经开始使用与 SrTiO3 相同的方法来估计除 SrTiO3 之外的氧化物光催化剂材料的表面和本体复合。如上所述，我们正在稳步实现分离和量化表面和内部复合的目标，这是材料设计提高SrTiO3光催化剂能量转换效率所必需的。