配位結合による半導体量子ドットの蛍光オン・オフ機能システムの構築

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 22108514
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 桑畑 進 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40186565)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2010: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 半導体量子ドット / 硫化銀インジウム / 蛍光消光(クエンチ) / 光触媒 / 光励起電子移動 / 固溶体ナノ粒子 / 電気化学反応

Research Abstract

蛍光性半導体量子ドットは、粒子サイズによって発光波長を制御することができるので、新しい蛍光試薬として世界的に研究や実用化が進められているが、それらの多くがカドミウムや鉛のような毒性の高い元素を含んでいる。当研究グループは、比較的毒性の低い硫化亜鉛と硫化銀インジウムの固溶体から構成される強発光性量子ドット(ZAIS量子ドット)を開発し、応用研究を進めている。その一例が蛍光クエンチであり、量子ドットと消光剤の物理的相互作用が消光剤への電子移動速度を変化させ、それを制御することによって蛍光をon-offさせ、センシングなどに応用する研究を行っている。本年度は、消光剤の酸化還元によって消光度が変化することを利用して電極反応の観察を試み、それをシミュレーションと比較することによって開発した測定法の妥当性を確認するに至った。さらに、消光反応そのものについても検討を行った結果、これまで消光度が弱く、効率的な電子移動が起こらないと考えられていた、量子ドットと消光剤が電荷反発を起こすような系において、逆電子移動をともなう蛍光クエンチではなく、一方的な電子移動により対象分子を還元させる光触媒特性を見出した。このような、半導体と分子の相互作用が及ぼす興味深い現象は、消光剤分子への逆電子移動が非常に遅いことに起因するが、詳細は検討中である。本研究で得られた知見を総括すると、蛍光を発するとともに本質的に表面配位子にその性質が左右される量子ドットを用いることで、半導体の光電気化学特性を蛍光という形で可視化しつつ、バルク系では制御できないような他分子との相互作用に関する研究を行うことができた。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of Luminescent AgInS_2-AgGaS_2 Solid Solution Nanoparticles and Their Optical Properties (2010)
  • Author(s): 上松太郎
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 1 Pages: 3283-3287
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emission quenching of semiconductor quantum dots and its application to biosensing (2010)
  • Author(s): 桑畑進
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 28 Pages: 257-266
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Synthesis of New Fluorescent Semiconductor Nanoparticles and Their Optical Uses (2011)
  • Author(s): 上松太郎
  • Organizer: Japan-Taiwan Bilateral Workshop on Nano-Science 2011
  • Place of Presentation: 台南(台湾)
  • Year and Date: 2011-11-21
• [Presentation] Mapping concentration profiles of an electrode reaction by employing semiconductor nanoparticles ZnS-AgInS_2 (2011)
  • Author(s): 梶勇輔
  • Organizer: 62nd International Society of Electrochemistry Annual Meeting
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] ZnS-AgInS_2固溶体ナノ粒子の蛍光消光を利用した電子移動に関する研究 (2011)
  • Author(s): 道幸明久
  • Organizer: 2011年電気化学会秋季大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2011-09-09
• [Presentation] ZnS-AgInS_2固溶体ナノ粒子を用いた電極界面の濃度プロファイル観察 (2011)
  • Author(s): 梶勇輔
  • Organizer: 2011年電気化学会秋季大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2011-09-09
• [Presentation] 蛍光発光性ZnS-AgInS_2固溶体ナノ粒子の消光と物質センシングへの応用 (2011)
  • Author(s): 上松太郎
  • Organizer: 2011年光化学討論会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] Studies on emission quenching of semiconductor nanoparticles and application to sensors (2010)
  • Author(s): 上松太郎
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Studies on emission quenching of ZnS-AgInS_2 solid-solution nanoparticles by redox-active species Siudies on emission quenching of ZnS-AgInS_2 solid-solution nanoparticles by redox-active species (2010)
  • Author(s): 道幸明久
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Fluorescent sensors using emission quenching of ZnS-AgInS_2 solid solution semiconductor nanoparticles (2010)
  • Author(s): 上松太郎
  • Organizer: ISIMME2010
  • Place of Presentation: Jinling Plaza Changzhou (Changzhou, China)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] ZnS-AgInS_2半導体ナノ粒子蛍光体の消光と電子移動に関する考察 (2010)
  • Author(s): 上松太郎
  • Organizer: 2010年電気化学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学(厚木)
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] Emission Quenching of Semiconductor Quantum Dots and its Application to Biosensing (2010)
  • Author(s): 桑畑進
  • Organizer: 217th ECS Meeting
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Vancouver (Vancouver, Canada)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-04-27