2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly efficient light energy conversion systems utilizing light antenna effects of plasmonic Cu nanostructures
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26810102
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
須川 晃資 日本大学, 理工学部, 助教 (40580204)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴 / 銅ナノ構造 / 光触媒 / 光電流 / 水素発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅ナノ構造の自然酸化に伴って自発的に形成する銅／Cu2O構造の光触媒機構を検討した．構造パラメータの制御により，Cu2Oのバンドギャップ吸収端に表面プラズモン共鳴（LSPR）が発現する構造，および全く重複しない近赤外域でLSPRを発現する構造を作製した．それぞれは，参照（平滑銅薄膜／Cu2O）と比較して84，27倍ものメチルオレンジの著しい分解速度を示すことが分かった．また，その分解はLSPR発現波長域の波長光照射によって誘起されることを確認し，光触媒活性がLSPR励起によって導かれていることを実証した．
この機構を調査するために，反応活性種を検証したところ，スーパーオキシドアニオンラジカル，およびホールによってメチルオレンジが分解されていることが検証された．また，XPSによる深さ分析の結果より，銅構造上に形成したCu2O膜厚は約3 nm程度と薄く，かつ，Cu2O/Cu界面は相溶形態を有していた．以上より，近赤外光照射時では，銅構造上でLSPRが強く励起されて生成した熱電子がCu2O薄膜に移動し，生成した反応活性種によってメチルオレンジが分解したと考えられた．また，可視光照射時には，増強光電場によるCu2Oの光電子励起効率の向上，およびプラズモンエネルギーのCu2Oへの移動による高効率電荷分離も関与していると考えられた．また，飛躍的な分解速度の向上は，Cu2O/Cu界面の相溶形態に帰属される可能性が高いと推察した．以上はLangmuir (American Chemical Society)に投稿し，現在改訂作業中である．
次に，当該構造を利用して水からの水素発生を試みた．電子ドナーの存在下でこの複合構造に擬似太陽光を照射したところ，水素の発生が認められた．しかしながら，その量は少なく，GC-TCDによる定量では定量下限値付近しか得られず，実験条件見直しが必要と考えられた．
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[Journal Article] Spontaneous ligand nitrosation and self-assembly into a pentacopper metallacrown complex2017
Author(s)
Otsuki, Joe; Sekine, Tatsuki; Kida, Yuki; Shinozaki, Yoshinao; Kobayashi, Sayaka; Tamura, Takahiro; Sugawa, Kosuke; Yoshikawa, Isao; Houjou, Hirohiko; Yoshikawa, Hiroki; Tsukamoto, Arata
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Journal Title
Dalton Transactions
Volume: 46
Pages: 2760-2764
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Efficient Photocurrent Enhancement from Porphyrin Molecules on Plasmonic Copper Arrays: Beneficial Utilization of Copper Nanoanntenae on Plasmonic Photoelectric Conversion Systems2017
Author(s)
Sugawa, Kosuke; Yamaguchi, Daisuke; Tsunenari, Natsumi; Uchida, Koji; Tahara, Hironobu; Takeda, Hideyuki; Tokuda, Kyo; Jin, Shota; Kusaka, Yasuyuki; Fukuda, Nobuko; Ushijima, Hirobumi; Akiyama, Tsuyoshi; Watanuki, Yasuhiro; Nishimiya, Nobuyuki; Otsuki, Joe; Yamada, Sunao
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 9
Pages: 750-762
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Thiocyanate-free asymmetric ruthenium(II) dye sensitizers containing azole chromophores with near-IR light-harvesting capacity2016
Author(s)
Wu, Guohua; Kaneko, Ryuji; Islam, Ashraful; Zhang, Yaohong; Sugawa, Kosuke; Han, Liyuan; Shen, Qing; Bedja, Idriss; Gupta, Ravindra Kumar; Otsuki, Joe
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Journal Title
Journal of Power Sources
Volume: 331
Pages: 100-111
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Extraordinary enhancement of porphyrin photocurrent utilizing plasmonic silver arrays2016
Author(s)
Sugawa, Kosuke; Uchida, Koji; Takeshima, Naoto; Jin, Shota; Tsunenari, Natsumi; Takeda, Hideyuki; Kida, Yuki; Akiyama, Tsuyoshi; Otsuki, Joe; Takase, Kouichi; Yamada, Sunao
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Journal Title
Nanoscale
Volume: 8
Pages: 15467-15472
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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