2008 Fiscal Year Annual Research Report
ジングルベル型微粒子のナノ構造制御による新奇光反応場の創成
| Project Area | Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions |
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| Project/Area Number |
19049009
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鳥本 司 Nagoya University, 大学院・工学研究科, 教授 (60271029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 健一 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70402485)
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| Keywords | ナノ材料 / 量子ドット / 触媒・化学プロセス / 電子・電気材料 / 半導体ナノ粒子 / 水素発生 / コア・シェル構造 / 表面プラズモン共鳴 |
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| Research Abstract |
光触媒である半導体粒子を金属ナノ粒子と複合化させると、金属粒子の表面プラズモン励起による光電場増強場によって、半導体粒子が高効率で光励起され、光触媒活性が向上すると期待される。本研究では、様々な膜厚のシリカシェルを持つSiO_2被覆金Auナノ粒子にCdSナノ粒子を担持させて複合体粒子を作製し、その光触媒活性に及ぼす粒子ナノ構造の影響を調べた。
Auナノ粒子(粒径 : 19nm)をコアとし、その表面を種々の厚さのシリカで被覆したコア・シェル構造体(SiO_2/Au)を作製し、さらにGdSナノ粒子を結合させて、CdS-Auナノ複合体粒子(GdS/SiO_2/Au)を作製した。得られた複合体粒子を光触媒とし、2-プロパノール水溶液からの水素発生反応を行った。
CdS/SiO_2/Au複合体粒子に光照射を行うと、光照射時間とともに水素発生量が直線的に増大したが、その発生速度は用いる複合体光触媒のナノ構造に依存して大きく変化した。SiO_2/CdS粒子のみに比べて、Au粒子表面のSiO_2シェル膜厚が2.8nmである複合体粒子を用いた場合では、水素発生速度が大きく低下した。一方、SiO_2シェル膜厚が16nmの複合体粒子を用いると、CdS粒子のみよりも、大きな水素発生速度が得られた。複合体粒子中ではSiO_2シェルが絶縁層として働くために、CdSからAu粒子への直接的な電子移動は起こらない。従って、この光触媒活性の変化は、Au-CdSナノ粒子間のエネルギー的な相互作用による。すなわち、SiO_2シェル膜厚が薄いと、CdS-Au粒子間距離が近く、光励起したCdS粒子からAu粒子へのエネルギー移動が起こり、光励起キャリアの失活が優先したが、SiO_2シェル膜厚がある程度大きくなると、Au粒子近傍の光電場増強場によるCdS粒子の光励起が顕著となるために、光触媒活性が増大したと考えられる。
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