水分解

水分解

水分解

水分解技術は、化学反応を利用して水（H2O）を酸素と水素に分離するプロセスを特徴としています。電気分解、光合成、光電気化学、光触媒作用、放射線分解、光生物学、熱分解など、さまざまなテクニックを用いることで、水分解を効果的に行うことができます。最新の成果はナノ粒子と薄膜触媒を使用してより低い反応温度で水を分解することに焦点を当てており、高度にコンフォーマルな原子層蒸着（ALD）は太陽電池効率の最適化に重要であることが証明されています。経済的で効率的な水分解は、代替のエネルギー源として、水素を生成するための重要な要素になっています。この分野の研究で、水素経済への移行を実現する可能性が調査され、テストされることでしょう。

水の光酸化

原子層蒸着（ALD）技術を使用すると、ウエハ分割用途に適した高表面積構造を作ることができます。高表面積導電・透明フレームワークの製造は、水の光酸化（水分解）に使用するために開発されました。

Savannah®S200を使用する原子層蒸着（ALD）膜は、高表面積ナノ構造を生成するために、ITOおよびFe2O3用のExposure Mode技術を使用して逆オパール構造上に蒸着されました。

水分解に対する原子層蒸着（ALD）の利点

  • 3Dナノ構造に対する優れた適合性
  • 高品質でピンホールのない膜
  • ナノ積層膜やドーピングした膜の利用が可能
  • TCO、酸化鉄、絶縁体を含む幅広い機能性素材

 


水の光酸化向け高表面積導電・透明フレームワーク。原子層蒸着（ALD）により、酸化鉄Fe2O3、ITO、およびSiO2が逆骨格構造上に蒸着されています。参照：Riha, S. C, et al.. Acs Appl Mater Inter 5, 360–367 (2013).

膜

  • InCp、TDMASn、およびO3を使用した酸化インジウムスズ（ITO）
  • FeCp2とO3を使用したフェロセン（Fe2O3）

結果

  • 原子層蒸着（ALD）技術を使用して水を分解するために、透明性が高い大表面積ナノ積層スタックが作成されました。
  • 水の酸化の開始は-200mVに変化し、可逆水素電極に対する1.53Vの光電流は3倍になりました（平坦な光陽極と比較）。

 

Fe2O3のTi置換による緑色光酸化

極薄（厚さ6nm）ヘマタイト変換効率、特に緑色の光子によって生成される正孔収集効率（500～600nm）に改善するためにTi合金が使用されました。この研究では、Savannah®S200を使用してTiO2とFe2O3の両方の膜を蒸着しました。

 


水の光電気化学的酸化用の触媒利用を促進するためにFe2O3のチタニウム合金を使用します。参照：Kim, D. W. et al. Greenlighting Photoelectrochemical Oxidation of Water by Iron Oxide. ACS Nano 141203161851003 (2014).

結果

  1. 極薄Fe2O3でTiを代用することにより、表面に局在する穴の寿命が延びます。
  2. Tiが代用された膜で光電流性能の向上が観察されました。
  3. 特に500 – 600 nmの範囲で、光子電流吸収効率 (APCE) の向上が見られました。
  4. 光吸収における変化は見受けられませんでした。

 

参考資料 – Veeco CNT ALDプラットフォームで行われた最新の刊行物

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