銀ナノ粒子プラズモン誘起光化学反応の機構解明と人工光合成反応効率化への応用

• Project/Area Number: 14J40216
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Energy-related chemistry
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 山本 裕子 香川大学, 工学部, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 単分子ラマン測定 / プラズモニック化学反応 / 銀ナノ粒子 / 表面増強ラマン散乱 / プラズモニック光化学反応 / 単分子SERS測定 / プラズモニック化学 / 光化学反応

Outline of Annual Research Achievements

本年度の研究目標は、①フェムト秒過渡SERS分光測定を用いたホットエレクトロン誘起光化学反応の検証、②人工光合成等の既存光触媒反応の再現実験、の2つであったが、前年度の目標①単一銀ナノ粒子2量体上で引き起こされる光化学反応のプラズモン・表面増強ラマン散乱(SERS)分光分析、にて期待以上の進展が得られつつあることから、本年度は前年度の目標①単一銀ナノ粒子2量体上で引き起こされる光化学反応のプラズモン・SERS分光分析に注力する形で以下の2つの研究を実施した。
a. 金属ナノ粒子上で引き起こされる光化学反応をSERS分光分析する上で必須な、SERSの発生メカニズムの考察およびプラズモニック光化学反応のモニタリングを行う上でのSERS適用方向性を示すための総説執筆
b. 単一銀ナノ粒子上で引き起こされる4-アミノベンゼンチオール(4-ABT)分子の光化学反応のSERS分光分析および4-ABT単分子のSERS測定
a. 金属ナノ粒子上で引き起こされる光化学反応はプラズモニック化学とも呼ばれ、この1-2年で急速に国内外で注目を集め始めている。本光化学反応をモニターするにはSERSが非常に有用だが、一方でSERSの発生メカニズムについて未だ理解が広がっておらずSERSスペクトルの解釈を難しくしている問題がある。そこで山本は、この二つの問題を解決するために総説を執筆(国際誌1報、和文1報)した。
b. 4-ABT分子は、金属ナノ粒子上で可視レーザーを照射するとすみやかに化学反応を起こして二量体化することが既に明らかとなっている。一方、分子が一つしかない場合どのような挙動を示すかは明らかでなかった。そこで山本は、銀ナノ粒子凝集体を用いて4-ABT分子の単分子SERS測定を行い、4-ABT単分子のSERSスペクトルを世界で初めてとらえた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] One-dimensional plasmonic hotspots located between silver nanowire dimers evaluated by surface-enhanced resonance Raman scattering (2017)
  • Author(s): Tamitake Itoh, Yuko S. Yamamoto, Yasutaka Kitahama, Balachandran Jeyadevan
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 95 Pages: 115441-115441
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Scattering Spectrum of Non-Resonant Aromatic Amine Showing Raman Forbidden Bands (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Yuya Kayano, Yukihiro Ozaki, Zhenglong Zhang, Tomomi Kozu, Tamitake Itoh, Shunsuke Nakanishi
  • Journal Title: arXiv Chemical Physics Volume: 1610.08270
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent topics on single-molecule fluctuation analysis using blinking in surface-enhanced resonance Raman scattering: Clarification by electromagnetic mechanism (2016)
  • Author(s): Tamitake Itoh, Yuko S. Yamamoto
  • Journal Title: Analyst Volume: 141 Pages: 5000-5009
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Formation mechanism of plasmonic silver nanohexagonal particles made by galvanic displacement reaction (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto(C.A.), Yutaro Fujime, Naoshi Takahashi, Shunsuke Nakanishi and Tamitake Itoh
  • Journal Title: RSC ADVANCES Volume: 6 Issue: 37 Pages: 31454-31461
  • DOI: 10.1039/c6ra00685j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Why and how do the shapes of surface-enhanced Raman scattering spectra change? Recent progress from mechanistic studies (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto(C.A.), Tamitake Itoh
  • Journal Title: JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY Volume: 47 Issue: 1 Pages: 78-88
  • DOI: 10.1002/jrs.4874
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 表面増強ラマン散乱を用いたプラズモニック光化学反応の追跡 (2015)
  • Author(s): 山本裕子(C.A.)
  • Journal Title: 分光研究 Volume: 64 Pages: 539-548
  • NAID: 40020722566
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluctuating single sp2 carbon clusters at single hotspots of silver nanoparticle dimers investigated by surface-enhanced resonance Raman scattering (2015)
  • Author(s): Tamitake Itoh, Yuko S. Yamamoto, Vasudevanpillai Biju, Hiroharu Tamaru, Shin-ichi Wakida
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 5 Issue: 12 Pages: 127113-127113
  • DOI: 10.1063/1.4937936
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Different behaviour of molecules in dark SERS state on colloidal Ag nanoparticles estimated by truncated power law analysis of blinking SERS (2015)
  • Author(s): Yasutaka Kitahama, Daichi Araki, Yuko S Yamamoto, Tamitake Itoh, Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS Volume: 17 Issue: 33 Pages: 21204-21210
  • DOI: 10.1039/c4cp05070c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent progress and frontiers in the electromagnetic mechanism of surface-enhanced Raman scattering (2014)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Yukihiro Ozaki, Tamitake Itoh
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology C Photochemistry Reviews Volume: 21 Pages: 81-104
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2014.10.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A simple method for evaluation of optical scattering effect on the Raman signal of a sample beneath an Intralipid layer (2014)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Tamitake Itoh, Hidetoshi Sato and Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: VIBRATIONAL SPECTROSCOPY Volume: 74 Pages: 132-136
  • DOI: 10.1016/j.vibspec.2014.05.006
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Single-molecular surface-enhanced resonance Raman scattering as a quantitative probe of local electromagnetic field: The case of strong coupling between plasmonic and excitonic resonance (2014)
  • Author(s): Tamitake Itoh, Yuko S. Yamamoto, Hiroharu Tamaru, Vasudevanpillai Biju, Shin-ichi Wakida, Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 89 Issue: 19 Pages: 195436-195436
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.195436
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] プラズモン増強分光法の新展開-強い電磁増強場で見えてきたフェルミ黄金律の破綻 (2014)
  • Author(s): 山本裕子、伊藤民武、尾崎幸洋
  • Journal Title: 月刊「化学」 Volume: 70 Pages: 68-69
• [Presentation] プラズモン増強ラマン散乱法で見えたもの (2017)
  • Author(s): 山本裕子
  • Organizer: 一般社団法人レーザー学会学術講演会第37回年次大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2017-01-07
  • Invited
• [Presentation] Further perspectives on nanostructures for single-molecule vibrational spectroscopy (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto
  • Organizer: NANO CONGRESS 2016
  • Place of Presentation: イギリス
  • Year and Date: 2016-08-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Plasmonics for plasmon-enhanced single-molecule spectroscopy (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto
  • Organizer: MATERIAL CONGRESS 2016
  • Place of Presentation: スペイン
  • Year and Date: 2016-06-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Current understanding for fluctuations in the spectral shape of surface-enhanced Raman scattering (2016)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto
  • Organizer: CRUEF2016
  • Place of Presentation: 中国
  • Year and Date: 2016-04-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 1分子SERS分光法で追うプラズモニック光化学反応の実際 (2016)
  • Author(s): 山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、中西 俊介
  • Organizer: 2016年春季第63回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-03-20
• [Presentation] When the Signal is from the Original Molecule Detected: Surface-Enhanced Raman Scattering Measurement of 4‑Aminobenzenethiol at Single-Molecule Level (2015)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Yuya Kayano, Tamitake Itoh, Shunsuke Nakanishi
  • Organizer: Pacifichem2015
  • Place of Presentation: Hawaii, US
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 表面増強ラマン散乱法を用いたアミノベンゼンチオールの単分子計測 (2015)
  • Author(s): 山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、中西 俊介
  • Organizer: 2015年日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2015-11-14
• [Presentation] Beyond the electromagnetic mechanism of surface-enhanced Raman scattering - recent progress and frontiers - (2015)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Tamitake Itoh
  • Organizer: ISPAN2015
  • Place of Presentation: India
  • Year and Date: 2015-10-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 表面増強ラマン散乱法を用いたプラズモニック光化学反応生成物の単分子レベルでの計測・同定 (2015)
  • Author(s): 山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、尾崎 幸洋、中西 俊介
  • Organizer: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Usefulness of Galvanic Displacement Reactions to Efficiently Fabricate Metal Nanostructures for Surface-enhanced Spectroscopy (2015)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto, Tamitake Itoh
  • Organizer: Nanotechnology-2015
  • Place of Presentation: Frankfurt, Germany
  • Year and Date: 2015-08-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 銀ナノ粒子表面で起きるプラズモニック光化学反応の単分子計測: 表面増強ラマン散乱法を用いたニトロベンゼンチオール－アミノベンゼンチオール還元反応の追跡 (2015)
  • Author(s): 山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、中西 俊介
  • Organizer: 平成27年度日本分光学会年次講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-06-03
• [Presentation] SERS, as a Probe for Plasmonic Chemistry (2015)
  • Author(s): Yuko S. Yamamoto
  • Organizer: AnalytiX-2015
  • Place of Presentation: Nanjing, China
  • Year and Date: 2015-04-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 表面増強ラマン散乱法を用いたニトロベンゼンチオール-アミノベンゼンチオールプラズモニック光化学反応の追跡 (2015)
  • Author(s): ○山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、中西 俊介
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 表面増強ラマン散乱法を用いたプラズモニック光化学反応の追跡 (2015)
  • Author(s): ○山本 裕子，茅野 優也，伊藤 民武、中西 俊介
  • Organizer: 2015年春季第62回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-03-11
• [Presentation] Plasmonic staining of DNA molecules under white light illumination and its future perspective for plasmonic chemistry (2014)
  • Author(s): ○Yuko S. Yamamoto and Tamitake Itoh
  • Organizer: ICOPVS-2014 The 5th International Conference on Perspectives in Vibrational Spectroscopy
  • Place of Presentation: インド トラバンドラム
  • Year and Date: 2014-07-11
  • Invited
• [Book] Frontiers of Plasmon Enhanced Spectroscopy (2017)
  • Author(s): Tamitake Itoh, Yuko S. Yamamoto
  • Total Pages: 271
  • Publisher: ACS Publications
• [Book] 第4編第3章第4節: SERS，TERS の原理とTERS のポリマー測定への応用"、 高分子ナノテクノロジーハンドブック -最新ポリマーABC 技術を中心として (2014)
  • Author(s): 山本裕子、伊藤民武、鈴木利明、尾崎幸洋
  • Publisher: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [Remarks] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/yamayu
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Yuko_Yamamoto2