2007 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ構造界面に基づく光電気化学的エネルギー変換システムの構築
| Project Area | Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions |
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19049008
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
立間 徹 The University of Tokyo, 生産技術研究所, 准教授 (90242247)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂井 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (70431822)
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| Keywords | プラズモン共鳴 / 金属ナノ粒子 / 酸化チタン / 光電変換 / フォトクロミズム |
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| Research Abstract |
透明電極上に酸化チタン膜を形成し、その上に金ナノ粒子を担持する(ITO/TiO_2/Au)と、可視光照射に伴う酸化電流と負の電位シフトが観測されるが、透明電極上に金ナノ粒子を析出させて酸化チタンで被覆する(ITO/Au/TiO_2)と可視光照射により還元電流と正の電位シフトが観測され、積層構造の反転により光応答の極性が反転した。いずれの系においても、光電流や光電圧の作用スペクトルは金ナノ粒子のプラズモン共鳴に基づく光吸収スペクトルとよく一致した。これらの結果は、プラズモン共鳴によって光励起された金ナノ粒子から酸化チタンへの電子移動と、それによる光電変換が起きていることを示す。また、新たに構築したITO/Au/TiO_2を適当な金属などで被覆することにより光電変換系を全固体化できる可能性があることを示した。
酸化チタン上に析出した銀ナノ粒子による多色フォトクロミズムについては、銀ナノ粒子のサイズ変化が色変化に寄与していることがわかっていたが、酸化チタンの吸着水の影響を詳細に検討することにより、このようなサイズ変化が銀ナノ粒子の光電気化学的機構による溶解、再析出により引き起こされていることを明らかにした。また、粒子の形状(異方性)の変化も寄与していることを実験、計算の両面から明らかにした。さらに、銀ナノ粒子を酸化チタン上に光触媒析出させる過程で、光強度、硝酸銀濃度、照射時間、添加物などを制御することにより、銀ナノロッドを配向析出させたり、さまざまな形状の銀ナノ粒子を析出させたりできることを見出した。
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