水素発生と半導体応用を兼ね備えた二次元半導体ナノリボンを実現

MoS2ナノリボンで高い触媒活性とトランジスタ動作を実証

産総研

2025/1/9 10:00

ポイント

① クリーンエネルギーの観点から水素発生触媒が必要とされているが、白金触媒は高価なため、代替となる触媒の候補として二硫化モリブデン（以下、MoS2）が期待されている。

② MoS2の極細構造（ナノリボン）を高密度に向きを揃えて合成することに成功し、ナノリボンの端（エッジ）が特に高い触媒活性を示すことを実証した。

③ MoS2は高い電子移動度を示す半導体でもあり、ナノリボンのトランジスタ動作を実現し、次世代半導体として応用展開が可能であることも示した。

概要

クリーンエネルギーの必要性から、水素への期待は高まり、効果的に水素を製造する方法が望まれています。電気化学的に水から水素を発生する方法では、白金が高い触媒活性を示すことが知られていますが、白金は希少金属で非常に高価であることが課題です。半導体性の二次元物質であるMoS2は安価で、高い触媒活性を示すことが知られていましたが、その活性サイト（反応が起こる場所）に関しては議論がありました。また、MoS2のナノシートは半導体材料としても優れており、微細化の限界に近付きつつあるシリコンデバイスに代わる次世代半導体として、近年大きな注目を集めています。

九州大学大学院総合理工学府博士課程のマ・ゾンペン大学院生、同大学院総合理工学研究院のパブロ・ソリス-フェルナンデス特任准教授、吾郷浩樹主幹教授、名古屋大学大学院工学研究科の高橋康史教授、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の加藤俊顕准教授、筑波大学数理物質系の岡田晋教授、大阪大学産業科学研究所の末永和知教授、産業技術総合研究所の林永昌主任研究員、京都大学エネルギー理工学研究所の松田一成教授、熊本大学大学院先端科学研究部の原正大准教授らの研究グループは、化学蒸着法と呼ばれる方法により二次元半導体であるMoS2のナノリボンを基板上に高密度に成長させる方法を新たに開発し、ナノスケールの電気化学的な測定を通じて、ナノリボンの端が中心部の100倍近い触媒活性を示すことを見出しました。さらに、このMoS2ナノリボンは半導体デバイスとしても優れた電気特性を示すことも明らかにしました。本研究成果は、クリーンエネルギーの開発に寄与するとともに、次世代半導体開発に大きく貢献すると期待されます。

本研究成果は、2025年1月9日（木）午前4時に、米国科学振興協会発行の学術誌「Science Advances」にオンライン掲載されます。