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プラズモニック光捕集アンテナ界面の構築

Publicly Offered Research

Project AreaChemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
Project/Area Number 25107511
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 InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

立間 徹  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90242247)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsプラズモン誘起電荷分離 / 光アンテナ / 酸化チタン / 金ナノ粒子 / 人工光合成 / 合金ナノ粒子
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、強い局在振動電場が生じるプラズモニックアンテナ界面を作製し、その界面で起こるプラズモン誘起電荷分離を、人工光合成系に適用することを目的としている。
光アンテナ効果については、銀ナノキューブを用いることで、硫化鉛コロイド量子ドットと酸化亜鉛ナノワイヤを用いたヘテロジャンクション太陽電池のエネルギー変換効率を、4.5%から6.0%へと向上させることができた。これは、近接場効果と散乱効果に基づくものと考えられる。また、電子正孔対を解離させる効果もある可能性が示唆されている。この結果に基づいて、コロイド量子ドットを用いた、あるいはコロイド量子ドット増感系に基づいた人工光合成反応の速度増強が可能だと期待される。
25年度にアンテナ効果を実験的に調べた分枝状金ナノ粒子については、生成する局在電場強度分布を理論計算によって調べた。その結果、金ナノロッドと比べて、広い範囲の波長、入射角、偏光角の光を利用できることが示された。
プラズモン誘起電荷分離については、酸化チタン上に金ナノ粒子を担持した系について、プラズモン共鳴状態の金ナノ粒子から酸化チタンへの電子移動に伴う、金ナノ粒子の電位を系統的に調べた。酸化チタン上に金ナノ粒子を担持し、適切な配位子の存在下において単色光を照射した。その際の金ナノ粒子のスペクトル変化から、金の錯形成を伴う酸化溶解反応の進行の有無を調べた。様々な条件において調べることで、電位挙動を支配する因子を明らかにすることができた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 2 results) Book (2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Wavelength- and Efficiency-Tunable Plasmon-Induced Charge Separation by the Use of Au-Ag Alloy Nanoparticles2015

    • Author(s)
      H. Nishi, T. Torimoto, and T. Tatsuma
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 17 Issue: 6 Pages: 4042-4046

    • DOI

      10.1039/c4cp04673k

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Efficiency Enhancement of PbS Quantum Dot/ZnO Nanowire Bulk-Heterojunction Solar Cells by Plasmonic Silver Nanocubes2015

    • Author(s)
      T. Kawawaki, H. Wang, T. Kubo, K. Saito, J. Nakazaki, H. Segawa, and T. Tatsuma
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 4165-4172

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b00321

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] In-Situ Nanoimaging of Photoinduced Charge Separation at the Plasmonic Au Nanoparticle-TiO2 Interface2014

    • Author(s)
      E. Kazuma and T. Tatsuma
    • Journal Title

      Adv. Mater. Interfaces

      Volume: 1 Issue: 3 Pages: 1400066-1400066

    • DOI

      10.1002/admi.201400066

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Photoelectrochemical Synthesis, Optical properties and Plasmon-Induced Charge Separation Behaviour of Gold Nanodumbbells on TiO22014

    • Author(s)
      Y. Katagi, E. Kazuma, and T. Tatsuma
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 6 Issue: 23 Pages: 14543-14548

    • DOI

      10.1039/c4nr05282j

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 貴金属の助触媒効果とプラズモン誘起電荷分離のKFMによる分析2014

    • Author(s)
      立間 徹、数間恵弥子
    • Journal Title

      会報光触媒

      Volume: 44 Pages: 6-9

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 半導体ナノ粒子に対するプラズモニックナノ粒子のアンテナ効果2013

    • Author(s)
      立間 徹, 川脇徳久, 朝倉彰洋
    • Journal Title

      会報光触媒

      Volume: 41 Pages: 42-45

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] プラズモン誘起電荷分離(PICS)の機構について2013

    • Author(s)
      立間 徹
    • Journal Title

      日本写真学会誌

      Volume: 76 Pages: 463-468

    • NAID

      130004796405

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Efficiency Enhancement of AnO Nanowire/PbS Quantum Dot Heterojunction Solar Cell by Plasmonic Nanoparticles2015

    • Author(s)
      Tokuhisa KAWAWAKI, Koichiro SAITO, Haibin WAN, Takaya KUBO, Jotaro NAKAZAKI, Hiroshi SEGAWA and Tetsu TATSUMA
    • Organizer
      7th International Symposium on Innovative Solar Cells
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-01-19
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasmonic Nanoantenna Interfaces for Photoelectrochemical Reactions2014

    • Author(s)
      Tetsu Tatsuma, Hiroyasu Nishi, Emiko Kazuma, Tokuhisa Kawawaki, and Akihiro Asakura
    • Organizer
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP2014)
    • Place of Presentation
      Awaji, Japan
    • Year and Date
      2014-11-25
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Photofunctional Materials Based on Metal Nanoparticles2014

    • Author(s)
      Tetsu Tatsuma
    • Organizer
      1st International Symposium on Interactive Material Science
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2014-11-17
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Enhancement of PbS Quantum Dot-Sensitized Photocurrents by Plasmonic Gold Nanoparticles under Visible and Near-Infrared Light2014

    • Author(s)
      Tokuhisa Kawawaki and Tetsu Tatsuma
    • Organizer
      5th International Congress on Ceramics (ICC5)
    • Place of Presentation
      Beijin, China
    • Year and Date
      2014-08-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhancement of PbS Quantum Dot-Sensitized Photocurrents by Plasmonic Gold Nanoparticles: Effect of Quantum Dot Size

    • Author(s)
      Tokuhisa Kawawaki and Tetsu Tatsuma
    • Organizer
      26th International Conference on Photochemistry (ICP 2013)
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Photoelectrochemistry of Silver Clusters Supported on TiO2 under Visible Light Irradiation

    • Author(s)
      Atsushi Kogo, Nobuyuki Sakai, and Tetsu Tatsuma
    • Organizer
      224th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanoimaging of Photoinduced Charge Separation at the Au Nanoparticle-TiO2 Interface by Kelvin Probe Force Microscopy

    • Author(s)
      Emiko Kazuma and Tetsu Tatsuma
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)
    • Place of Presentation
      Tsukuba, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノプレート担持酸化チタンにおけるプラズモン誘起電荷分離のKFMによる解析

    • Author(s)
      立間 徹, 数間恵弥子
    • Organizer
      日本分析化学会 第62年会
    • Place of Presentation
      東大阪
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電気化学エッチングによる銀クラスターのサイズ制御

    • Author(s)
      古郷敦史, 坂井伸行, 立間 徹
    • Organizer
      2013年電気化学会秋季大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子ドット増感光電流のプラズモン共鳴による増強

    • Author(s)
      川脇徳久, 朝倉彰洋, 立間 徹
    • Organizer
      2013年電気化学会秋季大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子ドット増感光電流の金ナノ粒子による増強

    • Author(s)
      川脇徳久, 立間 徹
    • Organizer
      第3回CSJ化学フェスタ2013
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属クラスター増感酸化チタンの光機能とそのクラスターサイズ依存性

    • Author(s)
      古郷敦史, 坂井伸行, 立間 徹
    • Organizer
      第20回記念シンポジウム「光触媒反応の最近の展開」
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 局在プラズモンを利用した光電変換

    • Author(s)
      立間 徹
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 近赤外域における量子ドット増感光電流の異方性金ナノ粒子による増強

    • Author(s)
      川脇徳久, 朝倉彰洋, 立間 徹
    • Organizer
      電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      吹田
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金-銀合金ナノ粒子のプラズモン誘起電荷分離挙動

    • Author(s)
      西 弘泰, 立間 徹
    • Organizer
      電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      吹田
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Book] Encyclopedia of Applied Electrochemistry "Plasmonic Electrochemistry (Surface Plasmon Effect)"2014

    • Author(s)
      T. Tatsuma
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Book] 金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用 第3章2節 "金属ナノ粒子と光誘起電荷分離"2013

    • Author(s)
      立間 徹
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      シーエムシー
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 立間研究室 ホームページ

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/~tatsuma/

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 立間研究室ホームページ

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/~tatsuma/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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