| 研究課題/領域番号 |
21H02051
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
古部 昭広 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (30357933)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
金ナノ構造配列体と酸化チタンや遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）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でキャリアダイナミクスを解明すること、および、水素発生助触媒への電子移動ダイナミクスと水素バブルダイナミクスの定量的評価を目的とした。
金ナノ粒子配列体を配置した基板上に10~200 nmの酸化チタン薄膜を作製し、白金助触媒を蒸着した。光触媒性能は最小膜厚で高活性を示した。金ナノ粒子とTMDC材料の複合材料における電荷分離再結合ダイナミクスを解明した。
故障した光源に代わる増幅フェムト秒ファイバーレーザーに対応する計測制御システムの開発も推進した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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