2017 Fiscal Year Annual Research Report
異方性金属ナノ粒子の配向配列制御による高効率光エネルギー変換場の構築
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16H06120
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高橋 幸奈 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (10596076)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 局在表面プラズモン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、金属ナノ粒子の組織化状態をボトムアップ手法で大面積にわたって制御することで、金属ナノ粒子間に生じるホットスポットという、光のエネルギーを光の回折限界を超えたナノ空間に局在化させることができる、高効率な光エネルギー変換場を、実用的なレベルの面積で実現することを目的としている。これまでに、大粒径の球状疎水性ナノ粒子について、大量合成法を確立し、Langmuir-Brodgett法で直径15～80ナノメートルの疎水性球状金ナノ粒子からなる二次元アレイを作製する手法を確立することに成功した。
今年度の検討ではさらに、製膜後も二次元アレイ膜内に残留する展開補助剤を用いずに、不純物を含まない二次元アレイの製膜法を確立することに成功した。これによって、金ナノ粒子の二次元アレイと、組み合わせる分子との相互作用をより明確に観察できる系の構築に成功した。実際に二次元アレイと色素を組み合わせた系において、表面増強ラマン散乱を観察することに成功し、本研究で確立を目指している、高効率光エネルギー変換場の構築に対して大きく前進していることを確認した。
また、球状金ナノ粒子よりも、強い光捕集効果が期待できる、棒状金ナノ粒子（金ナノロッド）や三角形平板状銀ナノ粒子（銀ナノプレート）においても同様に、疎水化法を確立し、Langmuir-Brodgett法による単層粒子膜の作製が可能であることを示した。上記の球状金ナノ粒子の検討で得られた知見が、金ナノロッドにも有効であることを示唆する結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度に作製手法を確立した、さまざまな粒径を持つ疎水性金ナノ粒子からなる二次元アレイにおいて、製膜手法をさらに改善することによって、二次元アレイ製膜後に残留する展開補助剤を用いずに、疎水性球状金ナノ粒子の二次元アレイを作製することに成功した。これによって、より純粋に金ナノ粒子二次元アレイと色素の相互作用を観察することが可能になった。また、球状金ナノ粒子の検討によって得られた知見が、より強い光捕集効果が期待できる形状異方性金属ナノ粒子にも応用可能であることが示唆される結果を得ることができた。これらの研究成果から、本課題で実現を目指す、高効率な光エネルギー変換反応場の構築に向けて、研究は順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた知見をもとに、二次元アレイを構築する金属ナノ粒子として、球状金ナノ粒子より強い光捕集効果が期待できる、形状異方性金ナノ粒子や銀ナノ粒子を採用することで、さらなる高効率光エネルギー変換反応場の実現を目指す。特に、形状異方性金属ナノ粒子の金ナノロッドや銀ナノプレートについては、配向・配列の制御によって、これまでにない高効率な光エネルギー捕集効果を示すと期待できる。そのため、配向・配列の制御を目指し、超高効率な光エネルギー変換デバイスの実現を目指す。
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