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量子ドットの非線形光応答を用いる新規電気化学反応系の開拓

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 17H05254
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

鳥本 司  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード多元半導体 / I-III-VI族 / Mgドーピング / 光触媒活性 / 量子ドット / 非線形光応答 / 光電極 / 低毒性半導体 / 多数励起子生成 / 非化学量論組成 / バンド端発光 / コア・シェル構造
研究実績の概要

量子ドットを光吸収層として用い、高効率な可視光駆動型光触媒システムの開発が活発に行われている。光触媒活性を向上させる手法の1つとして半導体への異種金属ドーピングがあり、キャリア濃度を増加させて効率よく光触媒反応を進行させることができる。そこで本研究では、ロッド形状をもつZnS-AgInS2(ZAIS)量子ドットにZn2+イオンと同等のイオン半径を持つMg2+イオンをドープし、光触媒活性に及ぼす影響を評価した。
Mg2+ドープZAIS量子ドット(Mg-ZAIS)は、対応する金属酢酸塩を、オレイルアミン中250 ℃で、硫黄化合物と反応させることによって作製した。得られたMg-ZAIS量子ドットを、正孔捕捉剤としてNa2Sを含む水/2-プロパノール混合溶液(1 : 1)に分散させてXeランプを照射(λ>350 nm)し、発生した水素量を定量することによって光触媒活性を評価した。
Mg-ZAIS量子ドット中のMg2+含有割合は、仕込み金属組成に関わらず、全金属原子に対して約2~4%とほぼ一定であった。Mg-ZAIS量子ドットの粒子形状はロッド形状であり、粒子中のZn2+含有割合を増加させると、ロッド幅(約5 nm)をほとんど変化させることなく、ロッド長さを16 nmから23 nmまで増加させることができた。ロッド形状をもつZAISおよびMg-ZAIS量子ドットに光照射すると、いずれの場合においても光照射時間とともに水素発生量がほぼ直線的に増加した。さらにMg-ZAIS量子ドットの水素発生速度は、ZAIS量子ドットのものよりも約3倍大きくなった。このことは、Mg2+がZAIS結晶内の金属カチオンと置換してドープされることで、量子ドット中のキャリア濃度が増大し、H+への光励起電子移動がより効率よく起こったためと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] 多元金属カルコゲニド量子ドットの液相合成と光触媒活性2019

    • 著者名/発表者名
      亀山達也,桑畑進,鳥本司
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 54 ページ: 31-35

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence of Nonstoichiometric Ag-In-S Nanoparticles via Ga3+ Doping2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Chie Miyamae, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Taro Uematsu, Martin Vacha, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Mater. Interfaces

      巻: 10 号: 49 ページ: 42844-42855

    • DOI

      10.1021/acsami.8b15222

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III-VI semiconductor shells2018

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu, Kazutaka Wajima, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Tatsuya Kameyama, Martin Vacha, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 雑誌名

      NPG Asia Mater.

      巻: 10 号: 8 ページ: 713-726

    • DOI

      10.1038/s41427-018-0067-9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoluminescence characterization of ZnS-AgInS2 (ZAIS) nanoparticles adsorbed on plasmonic chip studied with fluorescence microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Wataru Minoshima, Ryuya Ito, Takayuki Takiyama, Tatsuya Kameyama, Tsukasa Torimoto, and Keiko Tawa
    • 雑誌名

      J. Photochem. Photobiol. A: Chem.

      巻: 367 ページ: 347-354

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2018.08.032

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rod-Shaped Zn-Ag-In-Te Nanocrystals with Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence in the Near-IR Region2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Kouta Sugiura, Yujiro Ishigami, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai, and Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C.

      巻: 6 号: 8 ページ: 2034-2042

    • DOI

      10.1039/c7tc05624a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Photocatalytic Activity of Zn-Ag-In-S Semiconductor Nanocrystals with a Dumbbell-Shaped Heterostructure2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Seiya Koyama, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 印刷中 号: 25 ページ: 13705-13715

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b00255

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanostructure Engineering of Size-Quantized Semiconductor Particles for Photoelectrochemical Applications2017

    • 著者名/発表者名
      Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 85 号: 9 ページ: 534-542

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.85.534

    • NAID

      130006063832

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Preparation of Dumbbell-Shaped Nanocrystals Composed of ZnS-AgInS2 Solid Solution and Their Photocatalytic H2 Evolution Activity2018

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto, S. Koyama, T. Kameyama
    • 学会等名
      233rd ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Acceleration of Electrocatalytic Reaction By Photoexciting Localized Surface Plasmon of Octahedral Au@Pt Core-Shell Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kameyama, K. Sato, and T. Torimoto
    • 学会等名
      233rd ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 新規光デバイスのための低毒性量子ドットの液相合成と発光特性の自在制御2018

    • 著者名/発表者名
      鳥本 司
    • 学会等名
      コロイド先端技術講座Ⅱ~ナノ界面制御が担う次世代エレクトロニクス材料
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Solution Phase Synthesis of Multinary Quantum Dots and Their Photofunctionality2018

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多元金属カルコゲニド半導体からなる低毒性量子ドットの合成と発光特性制御2018

    • 著者名/発表者名
      鳥本 司
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanocrystals By Controlling Their Shape Anisotropy2017

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto, Y. Kamiya, S. Kuwabata and T. Kameyama
    • 学会等名
      231st ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tunable Photoelectrochemical Property of ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals in the Near-IR Region2017

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto, K. Sugiura, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • 学会等名
      231st ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solution Phase Synthesis of Near-IR-responsive ZnTe-AgInTe2 Solid Solution Nanocrystals and Their Photoelectrochemical Properties2017

    • 著者名/発表者名
      T. Torimoto, K. Sugiura, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • 学会等名
      IUMRS-ICA2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] プラズモンと光圧が導くナノ物質科学 (CSJ: 32)2019

    • 著者名/発表者名
      亀山達矢、鳥本 司
    • 総ページ数
      196
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759813920
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 量子ドット・マイクロLEDディスプレイおよび関連材料の技術開発2018

    • 著者名/発表者名
      鳥本 司,亀山達矢,桑畑 進(分担執筆)
    • 総ページ数
      121
    • 出版者
      シーエムシー・リサーチ
    • ISBN
      9784904482445
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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