2014 Fiscal Year Annual Research Report
ナノフォトニック構造を用いた人工光合成系の光捕集効率化と機能解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
25107529
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
梶 貴博 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所 ナノICT研究室, 研究員 (40573134)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / バクテリオロドプシン / フォトニック結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バクテリオロドプシンは、光照射によりプロトン輸送を行う蛋白質であり、光エネルギーを化学エネルギーへ変換する人工光合成材料として注目されている。本研究では、バクテリオロドプシンを用いた高効率な光エネルギー変換デバイスの開発を目指し、バクテリオロドプシン紫膜とナノ構造（ナノフォトニック構造）を有する透明導電性酸化物電極を用いた有機・無機ハイブリッドデバイスの作製を行った。ナノフォトニック構造は、光を捕集するとともに、ナノ領域へ光を集中することができるため、光とバクテリオロドプシンの相互作用を大幅に向上させることができる。しかし、従来のバクテリオロドプシン光利用デバイスで使用されていたITO電極は屈折率が大きくなく、また、微細加工が困難であることから、ナノフォトニック構造の効果を利用することができなかった。実験では、電子ビームリソグラフィーを用いた微細加工プロセスにより、高屈折率（～2.04）透明導電性酸化物であるIZOを用いたナノグレーティング構造を有する透明電極の作製を行った。バクテリオロドプシン紫膜をコーティングしたナノグレーティング構造を有する透明電極を用いた溶液セルに波長568 nmの連続発振レーザーを照射して得られた光応答電流値は、ナノグレーティング構造をもたないバクテリオロドプシン透明電極を用いた場合と比較して３．５～４倍以上大きかった。白色レーザー光（スーパーコンティニュアム光）を使用して、ナノグレーティング構造を有するバクテリオロドプシン透明電極の透過スペクトルを測定したところ、波長568 nm付近にディップが見られ、レーザー光がグレーティング構造に効率的に結合していることが確認された。これらの結果から、IZOナノフォトニック構造の効果によりバクテリオロドプシン光エネルギー変換デバイスの光利用効率が向上することが示された。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Fabrication of high-efficiency light-sensing devices using nanostructured transparent electrodes and bacteriorhodopsin2014
Author(s)
Takahiro Kaji, Katsuyuki Kasai, Shin-ichiro Inoue, Yoshihiro Haruyama, Toshiki Yamada, Yukihiro Tominari, Rieko Ueda, Toshifumi Terui, Shukichi Tanaka, Akira Otomo
Organizer
11th International Conference on Nano-Molecular Electronics (ICNME)
Place of Presentation
Kobe International Conference Center, Kobe, Hyogo, Japan
Year and Date
2014-12-17 – 2014-12-19
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[Presentation] Fabrication of high-efficiency light energy conversion devices using bacteriorhodopsin and nanophotonic structures2014
Author(s)
Takahiro Kaji, Katsuyuki Kasai, Shin-ichiro Inoue, Yoshihiro Haruyama, Toshiki Yamada, Yukihiro Tominari, Rieko Ueda, Toshifumi Terui, Shukichi Tanaka, Akira Otomo
Organizer
2014 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP 2014)
Place of Presentation
Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
2014-11-24 – 2014-11-28
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