単一構造カドミウムカルコゲニドクラスター群の精密合成と光物性評価

• Project/Area Number: 18J01825
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高畑 遼 京都大学, 化学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: テルル化カドミウム / 蛍光材料 / 精密分離 / クラスター / 発光性 / カドミウム / カルコゲニド / 新材料 / 蛍光性

Outline of Annual Research Achievements

テルル化カドミウム（CdTe）ナノ粒子は、可視域で高効率に発光することから、広く応用が期待されるナノ材料である。この光物性は、CdTeナノ粒子のサイズや欠陥により大きく変化することが知られており、合成手法が開発・改良されてきた。しかしながら、分離手法を用いてCdTeナノ粒子を単分散化・あるいは欠陥を内包した化合物を単離した例は未だ少ない。本研究では、液相合成したテルル化カドミウムナノ粒子を、電気泳動を用いてサイズ分離し、その光物性を調べた。サイズ分離したCdTeナノ粒子は、泳動距離が長くなるに従い、エキシトンピークと発光ピークの波長が短波長シフトした。これはコアサイズによってCdTeナノ粒子が分離されたことを示している。また、分離前と比較し、発光ピークの線幅が細くなったことから、より単分散なCdTeナノ粒子の分離に成功した。分離後のテルル化ナノ粒子の絶対発光量子収率を調べたところ、~2 nmの粒径を境にCdTeナノ粒子で蛍光量子収率が10分の１以下まで減少していることがわかった。この蛍光性・非蛍光性のCdTeナノ粒子についてエックス線吸収微細構造解析を行ったところ、結合距離などに顕著な違いは見られなかったが、非蛍光性のCdTeナノ粒子ではCdTeの結合数が減少していることがわかった。この結果から、非蛍光性のCdTeナノ粒子ではS（Te）欠損が多数存在し、発光が強く消光されたと考えられる。CdTeナノ粒子はいずれも類似の反応環境下であるにも関わらず、粒径が減少するとCdTeナノ粒子へカルコゲニド欠損が多く導入され、蛍光が消光されることを本研究で実証した。
また、これ以外にも本研究の合成手法の開発過程で、新規の蛍光材料の発見やキラルな界面の作成に成功しており、今後新たな研究を展開するために重要な発見を複数達成した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Self-activated Rh-Zr Mixed Oxide as a Nonhazardous Cocatalyst for Photocatalytic Hydrogen Evolution (2020)
  • Author(s): T. Nishino, M. Saruyama, Z. Li, Y. Nagatsuma, M. Nakabayashi, N. Shibata, T. Yamada, R. Takahata, S. Yamazoe, T. Hisatomi, K. Domen, and T. Teranishi
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 11 Issue: 26 Pages: 6862-6867
  • DOI: 10.1039/d0sc01363c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hard X-ray excited optical luminescence from protein-directed Au?20 clusters (2020)
  • Author(s): Liu Zuoyue、Jung Kyung Oh、Takahata Ryo、Sakamoto Masanori、Teranishi Toshiharu、Fujitsuka Mamoru、Pratx Guillem、Osakada Yasuko
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 10 Issue: 23 Pages: 13824-13829
  • DOI: 10.1039/d0ra01935f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] カドミウムカルコゲニドクラスターのサイズ分離と光学特性 (2020)
  • Author(s): 高畑遼、猿山雅亮、坂本雅典、山添誠司、寺西利治
  • Organizer: ナノ学会第１８回大会
• [Presentation] カドミウムカルコゲニドクラスターの精密分離と光学特性 (2020)
  • Author(s): 高畑遼
  • Organizer: 日本化学会 第１００春季年会（２０２０）
• [Presentation] カドミウムカルコゲニドクラスターの合成と精密分離 (2019)
  • Author(s): 高畑遼
  • Organizer: ナノ学会第17回大会
• [Presentation] Separation of Chemically-Synthesized Cadmium Chalcogenide Clusters by Electrophoresis (2019)
  • Author(s): Ryo Takahata
  • Organizer: Gordon Research Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Precise Size Separation of Cadmium Chalcogenide Clusters by Electrophoresis (2019)
  • Author(s): Ryo Takahata
  • Organizer: Okinawa Colloids
  • Int'l Joint Research