2010 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 名古屋大学, 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 |
金(Au)ナノ粒子の表面プラズモン共鳴(SPR)吸収を光励起すると、入射光よりも桁違いに増強された局在電場がナノ粒子表面近傍に生じる。本研究では、この光増強電場を利用して半導体ナノ粒子を高効率に光励起することで、半導体ナノ粒子固定電極の光電気化学特性の向上を目指した。
フッ素ドープ酸化スズ電極(FTO)上に、シランカップリング剤を修飾した後、Auナノ粒子と反応させることによって、高密度にAu粒子を固定したFTO電極を作製した。この電極上にチタニアナノシートとポリマーを交互積層法により積層し、最外層としてテルル化カドミウム(CdTe)ナノ粒子を固定し、光電極とした。得られた光電極を、正孔捕捉剤としてトリエタノールアミンを含むアセトニトリル溶液に浸漬して、光照射を行ったところ、-0.4V vs Ag/AgClよりも正の電極電位において、CdTe粒子によるアノード光電流が観察され、n型半導体類似の光応答をすることがわかった。また、光電流の値は、Auナノ粒子層のない光電極に比べて、約2倍以上大きなものとなった。この光電流の増強割合の波長依存性を調べたところ、電極に固定したAuナノ粒子層の表面プラズモン共鳴ピークとよく一致した。このことから、Au粒子近傍に形成される光電場増強場によって、複合膜中のCdTe粒子の光励起確率が増加し、光電流が増大したといえる。そこで、光電流値のAu-CdTe粒子間距離依存性を調べたところ、Au-CdTe粒子間距離が7.8nmまでは、距離の増加に対して光電流が増加した。しかし、これ以上、Au-CdTe粒子間距離が増大すると、光電流値は逆に低下した。このように、金属-半導体ナノ粒子間距離を精密に制御しながら、金属粒子近傍に半導体ナノ粒子を固定することにより、半導体ナノ粒子の光電気化学特性を向上することができる。
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