| Project/Area Number |
22K14496
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 光エネルギー変換 / 局在表面プラズモン / 光電気化学 / プラズモニック光電変換 / 局在表面プラズモン共鳴 / 光物質変換 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、p型半導体とプラズモニックナノ構造から成るプラズモニックカソード電極を作製し、構造・波長に依存した励起電子の電気化学電位と電極界面プロセスの解明を通じた高効率光物質変換電系の構築を行う。実験では、金属ナノ構造に依存する光電場の空間分布や光の局在性、入射光波長に依存する反応効率や光駆動力を調査する。同時に、分光電気化学手法による界面プロセスの観測を行うことで、本系における界面プロセスの特異性を明らかにする。それらの検証に基づき、外部摂動である光エネルギーを極限まで有効利用し、多電子移動反応を空間的・時間的・エネルギー的に高効率に制御可能な新規可視光駆動還元反応系を確立する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, plasmonic cathode electrodes were prepared, comprising plasmonic nanostructures and p-type semiconductor electrodes, with the objective of elucidating the detailed charge transfer process on these interfaces. The utilization of multi-color response plasmonic nanostructures facilitated the observation of multi-photo response characteristics on the semiconductor electrodes. Furthermore, the absolute electrochemical potential of excited electrons was successfully estimated through photo-induced metal deposition reactions. Our findings have contributed valuable insights that may inform the advancement of future photoconversion systems.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
これまでプラズモニック構造と半導体からなる光電変換電極の開発においては、金属ナノ構造や金属種を検討し、光変換効率がどの程度向上させるかを検証するというアプローチが主であり、反応に関与する励起種がいかなる電気化学電位を有しているか、という観点からの議論はなされていなかった。本研究では、これまで軽視されがちであったその因子に焦点を当て、実際にプラズモニック電極の、特にカソード系において励起電子の絶対電気化学電位を定量的に明らかにした点で学術的意義は大きい。また、持続可能な社会の実現に向けて、将来の光エネルギー変換デバイスの設計指針を提案したという点で、社会的意義も高い。
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