| Project/Area Number |
19K22226
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | プラズモン共鳴 / 3次元グラフェン / 2光子吸収 / 水素発生 / 光触媒反応 / 水の分解 / 酸素発生 / 触媒反応 / TiO2 / 光触媒 / 再輻射 / 酸化チタン / プラズモン / 2格子吸収 / 3D-Graphene / Plasmon / Photonic crystal / ウィスパリング・ギャラリーモード |
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| Outline of Research at the Start |
グラフェン上を進行するプラズモン分散は赤外領域にピークを持つ。つまり、通常の2次元グラフェン面での光吸収とその触媒機能は赤外領域で極大となるが、伝搬の分散ピークから外れた可視領域ではプラズモン励起も減衰し、担持されたTiO2の光触媒機能は可視光領域は低くなってしまう。本研究では、3次元フォトニックグラフェン構造を創出し、減衰しているエネルギー分散スペクトル領域でも、長周期構造によるカップリングでプラズモン生成効率を上げる。さらに2次ナノ構造でプラズモン集中させることで、近赤外や可視領域での2光子吸収効率を上げ、飛躍的な光触媒機能の改善に挑戦する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Titanium oxide and metal-encapsulated three-dimensional graphene function as an effective photocatalyst for hydrogen production, but their activation energy requires photon energy of 3.2 eV (385 nm) or higher.
In this study, we investigated the catalytic reaction mechanism of metal-encapsulated three-dimensional graphene, and used two-photon absorption in a strong re-radiation field (proximity field) realized by a zone plate-type two-dimensional photonic structure. It was demonstrated that highly efficient hydrogen generation can occur even in the infrared region light where no photocatalytic reaction occurs.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、ゾーンプレート型プラズモン収束回路を用いることで、ゾーン中央からの強い再輻射場の中で２光子吸収光触媒反応を実現する技術を実証した。これまで光触媒反応に利用できないとされていた赤外領域光であっても、水素発生のための光源としての利用が可能となり、これからの持続型水素社会を実現する上での重要な要素技術が開発できた。また、プラズモン制御光学の新しい分野を開拓するとともに、関連する物理計測、化学反応解析など多くの学術分野で幅広く利用され得る科学基盤技術になると期待される。
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