2022 Fiscal Year Annual Research Report
ドーパント分布を制御したプラズモニック化合物ナノ粒子による新規光電変換素子の開発
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21K14703
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
秋吉 一孝 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70865980)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体量子ドット / 金属ナノ粒子 / 光圧 / 光トラッピング / プラズモン共鳴 / 薄層クロマトグラフィー / イオン液体 / 金属スパッタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下記に大別した3点の研究成果について、学会発表や学術論文などにより報告することができた。
①イオン液体／金属スパッタリング法と加熱処理を組み合わせることで粒子の酸化状態を制御し、粒子表面の酸素空孔内の自由電子を増大させることで、近赤外域に強い吸収を示すプラズモニック金属酸化物ナノ粒子の作製に成功した。この材料を用いることで、太陽光中で検出やエネルギー利用が難しい近赤外域での光エネルギーを利用した光電変換を達成できた。
②低毒性元素で構成されるBi系多元量子ドットの液相化学合成法を開発し、粒径・組成の変調による光化学特性の制御に成功した。このとき、前駆体の種類や仕込み比、反応温度などを変化させることで得られる粒子のサイズが変化し、粒径や組成に応じて光吸収波長及びバンドギャップを可視域から近赤外域の幅広い光吸収領域で精密に制御できた。また、作製した量子ドットをITO電極に担持して光電気化学測定を行うと、粒子組成に応じてカソード及びアノード光電流が変化することを見出し、光電流の開始電位の位置から粒子の欠陥準位の位置が予想できることを明らかにした。
③照射光強度や波長位置に依存して増大する光圧の差を利用し、従来の薄層クロマトグラフィー（TLC）法では不可能であった対象物質のサイズが同じ場合でも光学特性に応じて粒子を選択的に分離できる、新原理プラズモンTLC、という従来に全く例のない新規分析手法の開発に成功した。本手法は、従来の光ピンセットのように高価で高出力なレーザー光(kW～MW/cm2)が必要なく、LED光などのより低い光強度(W/cm2)で物質を光捕捉できるため、汎用性の高い技術として期待される。
以上のように、当初の予定とは少し違う方向へも進展したが、その結果、種々の知見を得ることができ、ナノ粒子の新規合成手法及び分析手法の確立を達成し、高性能な近赤外光電変換素子の開発に成功した。
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