| Project/Area Number |
21H02051
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
FURUBE Akihiro 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (30357933)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
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| Keywords | 光触媒 / プラズモン / 電荷分離 / ダイナミクス / 半導体薄膜 / ナノ材料 / 水素発生 |
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| Outline of Research at the Start |
可視光及び近赤外光(400 nm~最大2500 nm)を効率よく吸収する金ナノ構造配列体と電子アクセプター半導体である酸化チタンや遷移金属ダイカルコゲナイド2次元材料を積層したプラズモン誘起電荷分離システムを作製し、フェムト秒過渡吸収分光法によるキャリアダイナミクスの詳細な解明研究を行う。水素発生助触媒への電子移動ダイナミクス、それに続く水素バブルダイナミクスの定量的評価を初めて実現する。特に電子アクセプター層のナノ薄膜化によりこれまで量子効率が低いままであったエネルギー変換効率の飛躍的上昇を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
The objectives were to fabricate a plasmon-induced charge separation system layered with gold nanostructure arrays and titanium oxide or transition metal dichalcogenide (TMDC) 2D materials, and to elucidate carrier dynamics using femtosecond transient absorption spectroscopy, as well as to quantitatively evaluate the electron transfer dynamics to the hydrogen evolution cocatalyst and the subsequent hydrogen bubble dynamics.
Titanium oxide thin films of 10~200 nm were fabricated on substrates with gold nanoparticle arrays, and a platinum cocatalyst was deposited. The photocatalytic performance showed high activity at the minimum film thickness. The charge separation and recombination dynamics in composite materials of gold nanoparticles and TMDC materials were elucidated.
A new spectroscopy system using an amplified femtosecond fiber laser was developed to replace the damaged light source.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
太陽光からエネルギーを生成する「人工光合成」が注目されているが、赤色や近赤外光の利用が難しいという課題がある。本研究では、金ナノ粒子と半導体薄膜を用いた広帯域で応答するプラズモン誘起電荷分離の量子効率向上を目指した。
特に酸化チタンの薄膜化の効果に着目し、検討範囲で最小の10nmが最適であることを実証し、以前のダイナミクス研究に基づく予想の検証に成功した。酸化チタン以外の半導体のナノシートが金ナノ粒子と電荷移動相互作用を示すことも確認した。水素バブル発生の観察は、実験装置の故障から実現できなかったが、プラズモン誘起電荷分離の量子効率向上を実現するための指針に関する様々な知見を得ることができた。
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