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量子ドットの非線形光応答を用いる新規電気化学反応系の開拓

Publicly Offered Research

Project AreaApplication of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
Project/Area Number 17H05254
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

鳥本 司  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords多元半導体 / I-III-VI族 / Mgドーピング / 光触媒活性 / 量子ドット / 非線形光応答 / 光電極 / 低毒性半導体 / 多数励起子生成 / 非化学量論組成 / バンド端発光 / コア・シェル構造
Outline of Annual Research Achievements

量子ドットを光吸収層として用い、高効率な可視光駆動型光触媒システムの開発が活発に行われている。光触媒活性を向上させる手法の1つとして半導体への異種金属ドーピングがあり、キャリア濃度を増加させて効率よく光触媒反応を進行させることができる。そこで本研究では、ロッド形状をもつZnS-AgInS2(ZAIS)量子ドットにZn2+イオンと同等のイオン半径を持つMg2+イオンをドープし、光触媒活性に及ぼす影響を評価した。
Mg2+ドープZAIS量子ドット(Mg-ZAIS)は、対応する金属酢酸塩を、オレイルアミン中250 ℃で、硫黄化合物と反応させることによって作製した。得られたMg-ZAIS量子ドットを、正孔捕捉剤としてNa2Sを含む水/2-プロパノール混合溶液(1 : 1)に分散させてXeランプを照射(λ>350 nm)し、発生した水素量を定量することによって光触媒活性を評価した。
Mg-ZAIS量子ドット中のMg2+含有割合は、仕込み金属組成に関わらず、全金属原子に対して約2~4%とほぼ一定であった。Mg-ZAIS量子ドットの粒子形状はロッド形状であり、粒子中のZn2+含有割合を増加させると、ロッド幅(約5 nm)をほとんど変化させることなく、ロッド長さを16 nmから23 nmまで増加させることができた。ロッド形状をもつZAISおよびMg-ZAIS量子ドットに光照射すると、いずれの場合においても光照射時間とともに水素発生量がほぼ直線的に増加した。さらにMg-ZAIS量子ドットの水素発生速度は、ZAIS量子ドットのものよりも約3倍大きくなった。このことは、Mg2+がZAIS結晶内の金属カチオンと置換してドープされることで、量子ドット中のキャリア濃度が増大し、H+への光励起電子移動がより効率よく起こったためと考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 8 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] 多元金属カルコゲニド量子ドットの液相合成と光触媒活性2019

    • Author(s)
      亀山達也,桑畑進,鳥本司
    • Journal Title

      セラミックス

      Volume: 54 Pages: 31-35

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence of Nonstoichiometric Ag-In-S Nanoparticles via Ga3+ Doping2018

    • Author(s)
      Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Chie Miyamae, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Taro Uematsu, Martin Vacha, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • Journal Title

      ACS Applied Mater. Interfaces

      Volume: 10 Issue: 49 Pages: 42844-42855

    • DOI

      10.1021/acsami.8b15222

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III-VI semiconductor shells2018

    • Author(s)
      Taro Uematsu, Kazutaka Wajima, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Tatsuya Kameyama, Martin Vacha, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • Journal Title

      NPG Asia Mater.

      Volume: 10 Issue: 8 Pages: 713-726

    • DOI

      10.1038/s41427-018-0067-9

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photoluminescence characterization of ZnS-AgInS2 (ZAIS) nanoparticles adsorbed on plasmonic chip studied with fluorescence microscopy2018

    • Author(s)
      Wataru Minoshima, Ryuya Ito, Takayuki Takiyama, Tatsuya Kameyama, Tsukasa Torimoto, and Keiko Tawa
    • Journal Title

      J. Photochem. Photobiol. A: Chem.

      Volume: 367 Pages: 347-354

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2018.08.032

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rod-Shaped Zn-Ag-In-Te Nanocrystals with Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence in the Near-IR Region2018

    • Author(s)
      Tatsuya Kameyama, Kouta Sugiura, Yujiro Ishigami, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai, and Tsukasa Torimoto
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. C.

      Volume: 6 Issue: 8 Pages: 2034-2042

    • DOI

      10.1039/c7tc05624a

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Photocatalytic Activity of Zn-Ag-In-S Semiconductor Nanocrystals with a Dumbbell-Shaped Heterostructure2018

    • Author(s)
      Tatsuya Kameyama, Seiya Koyama, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 印刷中 Issue: 25 Pages: 13705-13715

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b00255

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanostructure Engineering of Size-Quantized Semiconductor Particles for Photoelectrochemical Applications2017

    • Author(s)
      Tsukasa Torimoto
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 85 Issue: 9 Pages: 534-542

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.85.534

    • NAID

      130006063832

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Preparation of Dumbbell-Shaped Nanocrystals Composed of ZnS-AgInS2 Solid Solution and Their Photocatalytic H2 Evolution Activity2018

    • Author(s)
      T. Torimoto, S. Koyama, T. Kameyama
    • Organizer
      233rd ECS Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Acceleration of Electrocatalytic Reaction By Photoexciting Localized Surface Plasmon of Octahedral Au@Pt Core-Shell Nanoparticles2018

    • Author(s)
      T. Kameyama, K. Sato, and T. Torimoto
    • Organizer
      233rd ECS Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 新規光デバイスのための低毒性量子ドットの液相合成と発光特性の自在制御2018

    • Author(s)
      鳥本 司
    • Organizer
      コロイド先端技術講座Ⅱ~ナノ界面制御が担う次世代エレクトロニクス材料
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Solution Phase Synthesis of Multinary Quantum Dots and Their Photofunctionality2018

    • Author(s)
      T. Torimoto
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 多元金属カルコゲニド半導体からなる低毒性量子ドットの合成と発光特性制御2018

    • Author(s)
      鳥本 司
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Enhancement of Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanocrystals By Controlling Their Shape Anisotropy2017

    • Author(s)
      T. Torimoto, Y. Kamiya, S. Kuwabata and T. Kameyama
    • Organizer
      231st ECS Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Tunable Photoelectrochemical Property of ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals in the Near-IR Region2017

    • Author(s)
      T. Torimoto, K. Sugiura, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • Organizer
      231st ECS Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Solution Phase Synthesis of Near-IR-responsive ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals and Their Photoelectrochemical Properties2017

    • Author(s)
      T. Torimoto, K. Sugiura, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • Organizer
      IUMRS-ICA2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] プラズモンと光圧が導くナノ物質科学 (CSJ: 32)2019

    • Author(s)
      亀山達矢、鳥本 司
    • Total Pages
      196
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759813920
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] 量子ドット・マイクロLEDディスプレイおよび関連材料の技術開発2018

    • Author(s)
      鳥本 司,亀山達矢,桑畑 進(分担執筆)
    • Total Pages
      121
    • Publisher
      シーエムシー・リサーチ
    • ISBN
      9784904482445
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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