酸化物ナノ粒子の界面密度制御とその近赤外光機能探索

• 研究課題/領域番号: 22K05136
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分34010:無機・錯体化学関連
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 金井塚 勝彦 山形大学, 理学部, 教授 (50457438)
• 研究分担者: 崎山 博史 山形大学, 理学部, 教授 (20253396)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 近赤外 / ナノ界面 / 酸化物ナノ粒子 / プラズモン / 酸化物 / 界面 / 錯体

研究開始時の研究の概要

本研究では，紫外・可視・近赤外から開発の進んでいない「近赤外」に焦点を当て，プラズモンを示す酸化物の配列体を基板上に構築する。続いて、これらの酸化物配列体の近傍に金属錯体を化学結合や物理吸着など様々な方法で配置する。これにより、酸化物配列体の生み出す電場増強空間に金属錯体を配置することで，錯体の電子状態変化などの増強効果を検証する。

研究実績の概要

光を電子の流れに変換するデバイスには，光電変換素子や撮像素子が知られているが，その微細化・高効率化は化学のボトムアップにおいて重要な課題である。
このような光分子素子においては，“可視光”と機能性分子の相互作用に関する研究がほとんどであり，近赤外光を有効利用する光機能界面の構築技術確立は未開拓となっている。
本研究の目的は，紫外・可視・近赤外から開発の進んでいない「近赤外」に焦点を当て，プラズモンを示す酸化物の配列体を構築し，その光機能を探索することである。
初年度はインジウムとスズからなるITOナノ粒子の合成を検討した。具体的には、塩化インジウムおよび塩化スズのメタノール溶液に，4級アンモニウム塩を保護剤として添加した混合液を，オートクレーブ中で加熱することでITOナノ粒子を合成した。合成したITOナノ粒子について電子顕微鏡による評価から，一辺が35nmのキュービックであることがわかった。また，粒子の分散溶液の電子スペクトルにおいて，800nmから低エネルギー側で吸収が確認され，近赤外領域のエネルギーを有効利用できる化合物であることがわかった。
２年目となる今年度は，上記のキュービック粒子の界面固定化について検討した。粒子を固定するための基板や電極表面を，有機分子の単層膜として修飾することで効率よく，かつ再現良く粒子を固定できることが明らかとなった。特に興味深い点として，粒子を固定した基板の吸収スペクトルでは，粒子単独の吸収とは異なり，大きく長波長シフトしたスペクトルが観測された。これは粒子間の相互作用によるものと考えられる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画調書に記載したように，年度計画どおりに研究を実施し，予想した成果が得られたため。

今後の研究の推進方策

本研究課題は「酸化物ナノ粒子の界面密度制御とその近赤外光機能探索」である。初年度は酸化物ナノ粒子の合成とその分散溶液挙動の評価を行った。２年目は合成した粒子の界面固定化技術の確立に向けた自己組織化研究を実施した。今後は，電極上に粒子を固定し，近赤外光応答について検討する。特に，電解質ならびに電子ドナーやアクセプターを共存させた水中で光電流の発生の有無について確認するとともに，近赤外吸収分子との組み合わせによる複合ナノ界面も構築し，光機能デバイスの可能性を探る。