革新的設計指針に基づくプラズモニック光触媒の高効率化
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20H02706
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | University of Toyama (2022)
The University of Tokyo (2020-2021) |
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Principal Investigator |
西 弘泰 富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (70714137)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | プラズモン共鳴 / プラズモン誘起電荷分離 / 光触媒 / 金属ナノ粒子 / 光ナノ加工 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、これまでにない革新的な設計指針でプラズモニック光触媒を高効率化し、外部バイアスの印加なしに水の完全分解を達成することを目的としている。具体的には、「多重極子振動モード」、「バンド間遷移」、「半導体フリー」をキーワードとし、プラズモン誘起電荷分離現象における熱電子・熱正孔の生成効率の向上と酸化力の増大を目指す。これらのキーワードは、プラズモニック光触媒の高効率化の設計指針としてこれまで注目されてこなかったもの、または一部の研究で触れられてはいるが、詳細かつ系統的な検討は行われてこなかったものであり、本研究によって同光触媒の設計指針が根本的に見直されると考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまでにない革新的な設計指針でプラズモニック光触媒を高効率化することを目的としている。昨年度、プラズモン誘起電荷分離によって金ナノ粒子上で部位選択的に駆動できる酸化鉛の酸化析出反応と、ガルバニック置換反応を利用することで、酸化反応の助触媒である酸化マンガンをナノ粒子上に部位選択的に導入することに成功した。本年度は、助触媒の導入部位によってプラズモニック光触媒の効率が変化する原因を検討し、正孔が注入される助触媒と、電子が注入される酸化チタンが空間的に離れていることが高効率化に重要であると結論付けた。この成果から、助触媒の導入部位を制御するという、新しいプラズモニック光触媒の設計指針を得ることができた。これまでは金ナノ粒子上に部位選択的に導入できる物質が酸化鉛にほぼ限られていたため、本研究で酸化マンガンの導入が可能となったことで、他の様々な酸化物助触媒も同様に導入できると考えられる。
さらに、上記のような酸化反応による物質の導入だけでなく、還元反応による導入も検討した。透明電極上に担持した金ナノ粒子に電位を印加しながら光を照射し、銀の還元反応を駆動したところ、励起するプラズモン共鳴モードに対応した共鳴サイトで銀の析出が起こることが明らかになった。これにより、酸化物だけでなく、金属助触媒などをプラズモニックナノ粒子上に導入できる可能性が示された。
その他にも、金ナノ粒子の集合状態と吸収特性、電気化学応答との相関などに関する知見も得られた。また、金属ナノ粒子上での酸化鉛の析出反応を研究する中で、直線偏光照射下で酸化鉛自身の光電気化学的な成長を行うと、偏光方向に沿ってナノバンドアレイ構造が形成されることを見出した。プラズモニックナノ粒子を用いない新しい光ナノ加工法として、新たな研究対象となりうると考えられる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
