2014 Fiscal Year Annual Research Report
ドレスト光子フォノンによる革新的人工光合成材料の開発
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26286022
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
八井 崇 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80505248)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 大輔 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 研究員 (10357402)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ドレスト光子フォノン / 二酸化炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光により二酸化炭素を分解するには、二酸化炭素の分解波長である極端紫外光（波長約200nm）よりも短波長光源を利用する必要がある。しかしながら、極端紫外光源として利用可能はレーザは光強度が弱いことから、より高強度が得られる可視光源を二酸化炭素の分解に利用可能となれば、二酸化炭素の分解効率向上が可能となる。このようなエネルギー上方変換（光波長の短波長化）を実現させるために、今年度は、酸化亜鉛ナノロッド先端に発生する近接場光の詳細な電磁界分布解析を行った。その結果、ナノロッドの先鋭部に局在する近接場光に本質的に含まれる特性である電場の２次高調波成分が、物質の２光子励起を引き起こしていることを、理論モデル及び計算によって明らかにした。この２光子励起の現象は入射光のエネルギーが２倍となるエネルギー上方変換に相当するため、長波長光源による高効率二酸化炭素分解に大きく寄与すると期待される。本成果は、Applied Physics Letters誌にその成果を学術論文として報告済みである。
さらに、今後二酸化炭素の分解効率を向上させるために、分解された一酸化炭素が二酸化炭素に戻る逆プロセスを抑制する方策について検討した。分解された一酸化炭素は水素と反応してメタノールに生成される反応が知られている。そこで、二酸化炭素分解に用いる酸化亜鉛ナノロッド表面の水素終端化処理を行った。酸化亜鉛表面には自然に生成される酸素欠陥が多く存在しており、この酸素欠陥サイトに対して水素が吸着しやすいという性質がある。その意味でも、酸化亜鉛ナノロッドが二酸化炭素分解のための近接場光発生源として適していると考えられる。水素終端化には水素プラズマ中での高温アニールにより行った。
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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
ナノ構造によってエネルギー上方変換が発生するメカニズムについて物理的根拠を明らかにすることに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に得られた解析結果を元に、エネルギー上方変換を発生させるために最適なZnOナノロッドの作製を行う。さらに、初年度に得られた水素終端ZnOを用いたメタノール合成評価を行い、最終的にメタノール生成効率最大となるナノロッド形状となる指針を得る。
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| Causes of Carryover |
本実験を遂行するにあたり、次年度以降実験補助員を雇用する計画が生じたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
週１回、分解されたCO2の組成分析をするための補助員を雇用する予定である。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Polarization-controlled dressed-photon–phonon etching of patterned diamond structures2014
Author(s)
Takashi Yatsui, Daisuke Takeuchi, Satoshi Koizumi, Kazuki Sato, Kohei Tsuzuki, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, Toshiharu Makino Masahiko Ogura, Hiromitsu Kato, Hideyo Okushi, and Satoshi Yamasaki
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Journal Title
physica status solidi (a)
Volume: 211
Pages: 2339-2342
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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