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Efficient utilization of the excitation energy of highly-excited quantum dots for photoreactions

公募研究

研究領域高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築
研究課題/領域番号 15H01099
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学 (2016)
国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2015)

研究代表者

Biju V・Pillai  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60392651)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワードQuantum Dots / Photochemical reactions / Singlet oxygen / Excited state / Energy Transfer / Electron Transfer / Nanoparticles / Perovskite / 量子ドット / ナノ材料 / excited state process
研究実績の概要

Aim of this project was to develop methods for efficient utilization of the energy of highly-excited nanoparticles (NPs) such as quantum dots (QDs) and perovskite nanocrystals (PNCs). Highly-excited NPs were generated by high-intensity laser irradiation. However, energy of such NPs is lost by ultrafast radiative and non-radiative recombination of photo-generated charge carriers. Therefore, extraction of absorbed energy towards practical applications is an important challenge. Here we developed photochemical and photophysical methods for extracting the energy of such NPs. At first, a part of the energy absorbed by QDs was extracted by activation of oxygen into singlet oxygen, which was followed by using singlet oxygen as the secondary energy source for chemical reactions. Here, we developed and used two novel singlet oxygen scavengers. Next, we applied highly-excited QDs to DNA molecules, which resulted in electron transfer from DNA to ionized QDs and formation of QD-DNA conjugates. Finally, we investigated stability of photo-generated charge carriers in highly-excited PNCs by preparation of self-assembled PNC structures. When compared with a PNC isolated in a solution, prolonged stability for photo-generated charge carriers was found for self-assembled structures, which is attributed to trapping or hopping of electrons and holes in or among PNCs. Successively, charge carriers in such PNCs were efficiently extracted by employing electron acceptors such as fullerene, which opens a method for efficient utilization of photoactivated PNCs for solar energy harvesting.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 9件、 査読あり 10件、 謝辞記載あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 14件、 招待講演 11件)

  • [国際共同研究] NIIST, Trivandrum(India)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] City University of Hong Kong(Hong Kong, PR China)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of Zn on the Photoluminescence of Colloidal (AgIn)xZn2(1-x)S2 Nanocrystals2017

    • 著者名/発表者名
      Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Lukasz Bujak, Vasudevanpillai Biju, Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Tsukasa Torimoto and Martin Vacha
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 号: 5 ページ: 3963-3969

    • DOI

      10.1039/c6cp07550a

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Channeling Exciton Migration into Electron Transfer in Formamidinium Lead Bromide Perovskite Nanocrystal/Fullerene Composites2017

    • 著者名/発表者名
      Vijayakumar C Nair, Chinnadurai Muthu, Andrey L Rogach, Reiko Kohara, Vasudevanpillai Biju
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 56 号: 5 ページ: 1214-1218

    • DOI

      10.1002/anie.201610070

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reversible photoluminescence sensing of gaseous alkylamines using CdSe-based quantum dots2017

    • 著者名/発表者名
      Masanori Ando, Takuya Kamimura, Koichi Uegaki, Vasudevanpillai Biju, Jennifer T Damasco Ty, Yasushi Shigeri
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 246 ページ: 1074-1079

    • DOI

      10.1016/j.snb.2017.01.058

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Förster Resonance Energy Transfer Mediated Photoluminescence Quenching in Stoichiometrically Assembled CdSe/ZnS Quantum Dot-Peptide Labeled Black Hole Quencher Conjugates for Matrix Metalloproteinase-2 Sensing2017

    • 著者名/発表者名
      Sreenadh Sasidharan Pillai, Hiroshi Yukawa, Daisuke Onoshima, Vasudevanpillai Biju, Yoshinobu Baba
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 33 号: 2 ページ: 137-142

    • DOI

      10.2116/analsci.33.137

    • NAID

      130005316217

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single-particle Spectroscopy of I-III-VI Semiconductor Nanocrystals: Spectral Diffusion and Suppression of Blinking by Two-color Excitation2016

    • 著者名/発表者名
      Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Lukasz Bujak, Vasudevanpillai Biju, Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Tsukasa Torimoto, and Martin Vacha
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 8 号: 28 ページ: 13687-13694

    • DOI

      10.1039/c6nr03950b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sensing of ozone based on its quenching effect on the photoluminescence of CdSe-based core-shell quantum dots2016

    • 著者名/発表者名
      Masanori Ando, Takuya Kamimura, Koichi Uegaki, Vasudevanpillai Biju, Yaushi Shigeri
    • 雑誌名

      Microchimica Acta

      巻: 1938 号: 11 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1007/s00604-016-1938-9

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fluorescence Detection of the Pathogenic Bacteria Vibrio Harveyi in Solutions and Animal Cells using Semiconductor Quantum Dots2016

    • 著者名/発表者名
      E. Arshad, A. Abdulaziz, A. Asok, C. Jasmin, S. S. Pai, I. S. Bright Singh, A. Mohandas, V. Biju
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 6 号: 19 ページ: 15686-15693

    • DOI

      10.1039/c5ra24161h

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fluorescence Quenching of CdSe/ZnS Quantum Dots by Using Black Hole Quencher Molecules Intermediated With Peptide for Biosensing Application2015

    • 著者名/発表者名
      S. S. Pillai, H. Yukawa, D. Onoshima, V. Biju, Y. Baba
    • 雑誌名

      Cell Medicine

      巻: 8 号: 1-2 ページ: 57-62

    • DOI

      10.3727/215517915x689074

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Intracellular accumulation of indium ions released from nanoparticles induces oxidative stress, proinflammatory response and DNA damage2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Tabei, A. Sonoda, Y. Nakajima, V. Biju, Y. Makita, Y. Yoshida, M. Horie
    • 雑誌名

      Journal of Biochemistry

      巻: 159 号: 2 ページ: 225-237

    • DOI

      10.1093/jb/mvv098

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Auger Ionization Beats Photo-Oxidation of Semiconductor Quantum Dots: Extended Stability of Single-Molecule Photoluminescence2015

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Yamashita, Morihiko Hamada, Shunsuke Nakanishi, Hironobu Saito, Yoshio Nosaka, Shin-ichi Wakida, and Vasudevanpillai Biju
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 54 号: 13 ページ: 3892-3896

    • DOI

      10.1002/anie.201501131

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A fluorescence sensor for real-time monitoring of singlet oxygen2017

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai, Reiko Kohara
    • 学会等名
      日本化学会第97回春季年会(2017)
    • 発表場所
      慶応義塾大学日吉キャンパス(神奈川県・川崎市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Luminescent Semiconductor Nanocrystals: Challenges and Prospects2017

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      International Symposium on “New Trends in Applied Chemistry" (NTAC2017)
    • 発表場所
      Kochi (India)
    • 年月日
      2017-02-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Selective and sensitive detection of singlet oxygen using a novel fluorogenic molecular sensor2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai, Reiko Kohara
    • 学会等名
      The 17th RIES-HOKUDAI INTERNATIONAL SYMPOSIUM on 柔
    • 発表場所
      ガトーキングダムサッポロ(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Luminescent Quantum Dots in Biomaging2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      The 17th RIES-HOKUDAI INTERNATIONAL SYMPOSIUM on 柔
    • 発表場所
      ガトーキングダムサッポロ(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Blinking and Bleaching Quantum Dots in Single-molecule Detections2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      Asian Photochemistry Conference 2016
    • 発表場所
      Nanyang Technological University(Singapore)
    • 年月日
      2016-12-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Incessant and Intermittent Photoluminescence of Quantum Dots in Single Molecule Detections2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      AsiaNANO2016
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluorescence Sensing of Nanomaterials by Photosensitization Reactions2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai, Reiko Kohara
    • 学会等名
      AsiaNANO2016
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-molecule Detection using Quantum Dot Labels: Challenges and Prospects2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      HOKUDAI-NCTU Joint Symposium on Nano, Photo and Bio Sciences in 2016
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-10-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Harvesting energy of quantum dots by photoreaction2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai, Reiko Kohara
    • 学会等名
      2016 Annual Meeting of Japanese Photochemistry Association
    • 発表場所
      東京大学駒場キャンパス(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Utilization of Quantum Dots for Controlled Photoreactions2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai, Reiko Kohara
    • 学会等名
      2016 Annual Meeting of Japanese Photochemistry Association
    • 発表場所
      東京大学駒場キャンパス(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Utilization of the Excitation Energy of Highly-excited Quantum Dots for Photoreactions2016

    • 著者名/発表者名
      Biju Vasudevan Pillai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Photosynergetics
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2016-06-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] A fluorescence sensor of photosensitizing reactions2016

    • 著者名/発表者名
      Reiko Kohara, Shunsuke Nakanishi, Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      Doshisha University
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Dots for Single-Molecule Bioimaging: Challenges and Prospects2016

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanilai Biju
    • 学会等名
      International Conference on Nanoscience and Nanotechnology-ICONSAT 2016
    • 発表場所
      Indian Institute of Science Education and Research Pune, India
    • 年月日
      2016-02-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanoparticles for Bioimaging: Potentials and Pitfalls2016

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanippal Biju
    • 学会等名
      INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIALS FOR THE MILLENIUM – “MATCON 2016”
    • 発表場所
      Cochin University of Science and Technology, India
    • 年月日
      2016-01-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoluminescence Enhancement and Quenching in Single Semiconductor Quantum Dots2016

    • 著者名/発表者名
      Morihiko Hamada, Shunsuke Nakanishi, Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIALS FOR THE MILLENIUM – “MATCON 2016”
    • 発表場所
      Cochin University of Science and Technology, India
    • 年月日
      2016-01-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Anti-oxidation of semiconductor quantum dots by Auger ionization revealed by single-molecule fluorescence imaging2015

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanpillai Biju, Shin-ichi Yamashita, Morihiko Hamada, Shunsuke Nakanishi, Shin-ichi Wakida, Hironobu Saito, Yoshio Nosaka
    • 学会等名
      PacifiChem2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Intracellular pathways of peptide-conjugated quantum dots2015

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanpillai Biju, Shin-ichi Wakida, Yasuhiro Suzuki
    • 学会等名
      PacifiChem2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoluminescence Enhancement and Quenching in CdSe/ZnS Single Quantum Dots2015

    • 著者名/発表者名
      Morihiko Hamada, Shunsuke Nakanishi, Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      PacifiChem2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single Molecule Fluorescence: From Sensing to Sensitization2015

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      International Syomposium on Photonic Applications and Nanomaterials
    • 発表場所
      Hotel Residency Tower, India
    • 年月日
      2015-10-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The Reactive States of Semiconductor Quantum Dots Revealed by Single-molecule Imaging2015

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanpillai Biju, Shin-ichi Yamashita, Morihiko Hamada, Shunsuke Nakanishi,Hironobu Saito, Yoshio Nosaka, Shin-ichi Wakida
    • 学会等名
      2015年光化学討論会
    • 発表場所
      Osaka City University
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Sensing by Sensitization: The role of Auger ionization on the stability of semiconductor quantum dots2015

    • 著者名/発表者名
      Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      Asian Symposium of Japanese Analytical Chemistry Society
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Photoluminescence of quantum clusters controlled by photochemical reactions2015

    • 著者名/発表者名
      Morihiko Hamada, Reiko Kohara, Shunsuke Nakanishi, Shin-ichi Wakida, Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      2015年光化学討論会
    • 発表場所
      Osaka City University
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Singlet Oxygen Generation by Nanoparticles: Stability Vs Oxidation2015

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Yamashita, Morihiko Hamada, Hironobu Saito, Edakkattuparambil S. Shibu, Shin-ichi Wakida, Yoshio Nosaka, Shunsuke Nakanishi, Vasudevanpillai Biju
    • 学会等名
      International Conference on Photochemistry ICP2015
    • 発表場所
      Jeju Convention Center, Republic of South Korea
    • 年月日
      2015-06-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-02-16  

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