2015 Fiscal Year Annual Research Report
プラズモン共鳴を利用した微弱光／化学エネルギー変換システムの構築
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25870510
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高橋 幸奈 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10596076)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴によって生じる近接場光を、高効率に利用する手段を確立した。色素と金属ナノ粒子の配置を変えることで、光励起効率に及ぼす影響がどのように変化するかについて、光電流に対する入射光の波長および強度依存性を測定することで評価した。有機薄膜太陽電池に銀ナノ粒子を組み合わせる際、電子輸送層に組み込んでも効率は向上するが、光活性層に組み込んだ方が、近接場光の利用には有利であることがわかった（論文投稿中）。
上記の結果を踏まえ、色素と金属ナノ粒子を組み合わせる手法も開発した。多くの有機色素は有機溶媒にのみ可溶であるが、強い近接場光が得られる50 nm程度の金属ナノ粒子で疎水性のものは、従来大量合成できなかった。そこでそれを可能にする手法を開発し、ポルフィリン等の有機色素と容易に組み合わせる手段を確立した。
さらに上記の結果を踏まえ、微弱光を光源として用いた、光エネルギーを化学エネルギーへと変換するシステムの開発に取り組んだ。酸化チタン上に金ナノ粒子を担持した基板を用いて、プラズモン誘起電荷分離を利用した、ピロールの空間選択的なナノ重合法の開発を行った。プラズモン誘起電荷分離では、近接場光の強い箇所で選択的に酸化反応が進行するとされているため、これを利用したことで、インコヒーレントな光源で、粒子近傍の近接場光を効果的に利用できる空間に、光の回折限界を超えたナノレベルで、選択的にポリピロールを配置することを可能にした。なお、この重合反応は、1000 nmという近赤外光でも進行可能であり、一光子あたりのエネルギーが小さい光を有効に活用できる、近赤外光応答型光触媒として本システムが機能していることも明らかにした。長波長の利用には形状異方性金属ナノ粒子の利用が効果的であるため、三角形平板状銀ナノ粒子である銀ナノプレートの安定性向上も実現した。
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