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金クラスター担持酸化物半導体に基づく光機能デバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 11J09522
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional materials/Devices
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow 古郷 敦史  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords金属クラスター / 酸化チタン / サイズ制御 / 光誘起電荷分離 / 金クラスター / 可視光光電変換 / 可視光応答光触媒 / 光電変換 / 局在表面プラズモン共鳴 / 金ナノ粒子
Research Abstract

直径~2nm以下の金属クラスター(CL)は量子サイズ効果に基づき、離散した電子準位を持つ。そのため、電子遷移に基づいた可視光吸収や蛍光、磁性、触媒活性など、バルクや直径~3nm以上の金属ナノ粒子(NP)では見られなかった新しい物性を示す。CLの物性はそのサイズに依存することから、CLのサイズを制御する方法も検討されており、これまでに多分散なCLを加熱やエイジングによつて安定性の高い単一サイズのCLのみを残す方法や、電気泳動やクロマトグラフィーによってCLをサイズごとに分離する方法が提案されてきた。
我々は、CLを担持したTiO2(CL/TiO2)に電子ドナーの存在下で可視光を照射すると、CLの励起電子がTiO2へ移動し、CLに生成した正電荷がドナーへ輸送される光誘起電荷分離が起こることを見出し、光電変換や光触媒として応用できることを示した。そこで、電子ドナーの非存在下でCL/TiO2に光照射を行うことで、生成した正電荷によりCLを酸化溶解し、サイズ制御を行うことを検討した。
原子間力顕微鏡による観察の結果、TiO2単結晶上に吸着したAg32クラスターが480nmの単色光照射により酸化溶解することが明らかになり、照射時間によってCLサイズを制御できることがわかった。
さらに、照射波長によってCLサイズを制御できることも示した。CLはサイズが大きいほど長波長の光を吸収するため、CL/TiO2に近赤外光を照射すると、CLが照射光を吸収しなくなるサイズにまで溶解すると考えられ、照射光波長を吸収端とするサイズのCLを生成できると予想した。CL/TiO2に>760nmの光を照射した結果、CLの>760nm以上の光吸収が失われ、サイズ減少が示唆された。さらに照射を続けてもCLの光吸1収端波長が変化しなかったことから、照射波長によってCLサイズを制御できたと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

CLのサイズ制御は近年盛んに研究が行われているが、本研究では光誘起電荷分離を利用して銀クラスターのサイズを制御する新たな手法を提案することができた。これは当初想定していなかつた知見であり、今後金や白金など、他の金属クラスターへの応用が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究では金よりも酸化されやすい銀クラスターを用いたが、三ヨウ化物イオンやシアン化物イオンなどの適切な配位子の存在下で光照射を行うことで、金や白金などの安定性の高いクラスターを酸化溶解できると期待され、サイズ制御を検討する。

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Gold cluster-nanoparticle diad systems for plasmonic enhancement of photosensitization2013

    • Author(s)
      古郷敦史、高橋幸奈、坂井伸行、立間徹
    • Journal Title

      Nalloscale

      Volume: 5 Pages: 7855-7860

    • DOI

      10.1039/c3nr02420b

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoelectrochemical Analysis on Size-Dependent Electronic Structures of Gold Clusters Suonorted on Ti022012

    • Author(s)
      古郷敦史、坂井伸行、立間徹
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 4 Pages: 4217-4221

    • DOI

      10.1039/c2nr30480e

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属クラスター増感酸化チタンの光機能とそのクラスターサイズ依存性2013

    • Author(s)
      古郷敦史、坂井伸行、立間徹
    • Organizer
      第20回光触媒シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2013-12-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Photoelectrochemistry of Silver Clusters Supported on TiO2 under Visible Light Irradiation2013

    • Author(s)
      古郷敦史、坂井伸行、立間徹
    • Organizer
      224th Meeting of The Electrochemical Society (224th ECS Meeting)
    • Place of Presentation
      アメリカヒルトンサンフランシスコ
    • Year and Date
      2013-10-29
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属クラスター増感光電気化学過程におけるクラスターサイズの効果2013

    • Author(s)
      古郷敦史、坂井伸行、立間徹
    • Organizer
      第3回CSJ化学フェスタ2013
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2013-10-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電気化学エッチングによる銀クラスターのサイズ制御2013

    • Author(s)
      古郷敦史、坂井伸行、立間徹
    • Organizer
      2013年電気化学会季大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2013-09-28
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhancement of Gold Cluster-Sensitized Photocurrents by Gold Nanoparticles2013

    • Author(s)
      古郷敦史、高橋幸奈、坂井伸行、立間徹
    • Organizer
      11th International Conference on Materials Chemistry (MC 11)
    • Place of Presentation
      イギリスWarwick大学
    • Year and Date
      2013-07-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金クラスター増感光電流の金ナノ粒子による増強 : クラスターサイズ依存性2013

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      電気化学会第80回大会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 金クラスター増感光電流の金ナノ粒子による増強2012

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      第2回CSJ化学フェスタ2012
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2012-10-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Photocurrents of Gold Cluster-Modified Ti02 Enhanced by Gold Nanoparticles2012

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      The 6th International Conference on Gold Science Technology and its Applications (Gold 2012)
    • Place of Presentation
      新宿京王プラザホテル
    • Year and Date
      2012-09-08
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電流応答に基づいた金クラスター担持酸化チタンの電子構造解析2012

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      電気化学会第79回大会
    • Place of Presentation
      静岡県、アクトシティ浜松
    • Year and Date
      2012-03-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金クラスター増感光電流の金ナノ粒子による増強効果2012

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      電気化学会第79回大会
    • Place of Presentation
      静岡県、アクトシティ浜松
    • Year and Date
      2012-03-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of size-dependent electronic structures of gold clusters supported on Ti02 on the basis of photoinduced charge separation2012

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      The 19th International Conference on the Conversion and Storage of Solar Energy (IPS-19)
    • Place of Presentation
      アメリカ・カルフォルニア工科大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Photocurrent Enhancement of Au25-Modifled TiO2 Electrodes by Embedded Gold Nanoparticles2011

    • Author(s)
      古郷敦史
    • Organizer
      62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Place of Presentation
      新潟県、朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2011-09-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-11   Modified: 2016-04-21  

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