超臨界流体反応を用いた化合物半導体モノレイヤの量産法の構築と光学特性制御

利用超临界流体反应构建化合物半导体单层的量产方法及光学性质的控制

基本信息

批准号：
15J05197
负责人：
中安祐太
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、二次元金属カルコゲナイド材料が太陽電池や二次電池を始めとした多様なエネルギーデバイスに用いられている。持続可能な社会の構築のためには、デバイスそのものの特性も重要であるが、材料合成プロセスにおいても環境調和性に優れたものに置き換えていくことが重要である。一般的に、これらの金属カルコゲナイドの合成のためには、猛毒ガスである硫化水素・セレン化水素を原料として用いた硫化・セレン化プロセスが適用される。本研究では、環境調和性に優れた安全・安価な二次元金属カルコゲナイド合成プロセスの構築のために、還元雰囲気である超臨界エタノールを反応場として用いることを提案した。溶解性と拡散性に優れた超臨界流体を用いることで、300～400℃において液体である硫黄とセレン単体を、流体中に溶解させながら高い拡散性を有することを可能にした。また、超臨界エタノールの還元性を用いることで、金属酸化物から二次元金属カルコゲナイドへの低温・高速でのコンバージョンを実現した。この高温・高圧還元場における金属酸化物から金属カルコゲナイドへの変換反応は、海底熱水場の条件を参考にしている。さらに、原料の硫黄とセレン単体の投入量を変化させることで、金属カルコゲナイドの硫黄/セレン組成の制御を可能にした。当該年度の前半は、本プロセスで合成されたサンプルの光学物性の測定を行った。その結果、合成されたサンプルの硫黄/セレン組成の変化により、光学物性の変化が見られた。本年度の後半は、研究課題の総括を行うとともに、国際学術論文の執筆を行った。現在、国際学術誌に投稿中である。

近年来，二维金属硫属化物材料已被用于包括太阳能电池和二次电池在内的各种能源器件。为了建设可持续发展的社会，器件本身的特性固然重要，但在材料合成过程中用更环保的材料替代它们也很重要。通常，为了合成这些金属硫属化物，采用使用剧毒气体硫化氢和硒化氢作为原料的硫化/硒化工艺。在这项研究中，我们提出使用超临界乙醇（一种还原气氛）作为反应场，以构建安全、廉价且环境友好的二维金属硫属化物合成工艺。通过使用溶解性和扩散性优异的超临界流体，可以在保持高扩散性的同时将300～400℃的液态硫和硒溶解到流体中。此外，利用超临界乙醇的还原特性，实现了金属氧化物向二维金属硫属化物的低温高速转化。这个高温高压还原场中金属氧化物到金属硫属化物的转化反应是基于海底热液场的条件。此外，通过改变用作原料的硫和硒的量，可以控制金属硫属化物的硫/硒组成。今年上半年，我们测量了使用该工艺合成的样品的光学特性。结果，由于合成样品的硫/硒组成的变化，观察到光学性质的变化。今年下半年，我总结了自己的研究课题，写了一篇国际学术论文。该论文目前正在提交给国际学术期刊。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

超臨界流体反応場で高速合成された MoS2(1-x)Se2xの構造評価と水素発生触媒活性

超临界流体反应场快速合成MoS2(1-x)Se2x的结构评价及产氢催化活性

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
中安祐太;安井容二;谷木良輔;笘居高明;本間格
通讯作者：
本間格

Conversion from amorphous Cu-Zn-Sn-oxide film to highly crystalline Cu2ZnSn(S,Se)4 film by chalcogenization reaction in supercritical ethanol

超临界乙醇中硫属化反应将非晶 Cu-Zn-Sn 氧化物薄膜转化为高结晶 Cu2ZnSn(S,Se)4 薄膜

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuta Nakayasu;Takaaki Tomai;Nobuto Oka;Kanako Shojiki;Shigeyuki Kuboya;Ryuji Katayama;Masatomo Sumiya;Itaru Honma
通讯作者：
Itaru Honma

Environmentally-Friendly Synthesis of Metal Chalcogenide Nanomaterials for Energy Conversion Devices Employing Supercritical Fluid Processing

采用超临界流体工艺环保合成用于能量转换器件的金属硫族化物纳米材料