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非一様光場による高効率二酸化炭素還元システムの開発

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 18H05157
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
研究機関東京大学

研究代表者

八井 崇  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80505248)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード近接場光 / 二酸化炭素還元 / 光学禁制遷移
研究実績の概要

提案者は、近接場光の空間的に非一様な光の場(非一様光場)の特長を活かすことで、従前の光応答では不可能であった新奇かつ有用な光励起が可能であることを実証してきた。従前の光化学反応において、光は空間的に一様な光の場として捉えられおり、この光化学反応に対して、非一様光場を反応過程に用いることが出来れば、従来とは本質的に異なる新奇光機能化学反応の創生が期待できる。本研究では、この非一様光場による光励起技術を用いることで二酸化炭素還元効率の大幅な向上実現を目的とする。非一様光場が誘起されることにより、光学禁制である分子の中間準位である分子振動準位の励起が可能となるため、分子の吸収端エネルギーよりも低エネルギーの光子によって光励起が可能となる。
本構想を実現するために、昨年度までに近接場発生光源として、アルミナ粒子表面に金ナノ構造(直径1nm)を固定し、さらにこの構造に二酸化炭素還元材料としてレニウム錯体の固定を行い、これによる二酸化炭素還元効率の向上を確認した。
今年度は、吸着させる金ナノ微粒子の粒径および濃度を制御することで、粒径による変化を確認した。いずれの粒径においても、レニウム錯体中のMLCTに起因する吸収ピークの増大を確認した。この結果をもとに、MLCTに起因する吸収ピークに相当する波長405nmの光を用いて、二酸化炭素還元実験を行った。その結果、粒径が大きくなるにつれて、一酸化炭素の生成効率が向上すること、つまり二酸化炭素還元効率の向上を確認することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Magnetometer with nitrogen-vacancy center in a bulk diamond for detecting magnetic nanoparticles in biomedical applications2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwahata Akihiro、Kitaizumi Takahiro、Saichi Kota、Sato Takumi、Igarashi Ryuji、Ohshima Takeshi、Masuyama Yuta、Iwasaki Takayuki、Hatano Mutsuko、Jelezko Fedor、Kusakabe Moriaki、Yatsui Takashi、Sekino Masaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 2483-2483

    • DOI

      10.1038/s41598-020-59064-6

    • 関連する報告書
      2019 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] Visible light-induced thymine dimerisation based on large localised field gradient by non-uniform optical near-field2019

    • 著者名/発表者名
      Tate Naoya、Yatsui Takashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 18383-18383

    • DOI

      10.1038/s41598-019-54661-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Recent improvement of silicon absorption in opto-electric devices2019

    • 著者名/発表者名
      Yatsui Takashi、School of Engineering, University of Tokyo, Tokyo 113-8656, Japan.
    • 雑誌名

      Opto-Electronic Advances

      巻: 2 号: 10 ページ: 19002301-19002301

    • DOI

      10.29026/oea.2019.190023

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced photo-sensitivity in a Si photodetector using a near-field assisted excitation2019

    • 著者名/発表者名
      Yatsui T.、Okada S.、Takemori T.、Sato T.、Saichi K.、Ogamoto T.、Chiashi S.、Maruyama S.、Noda M.、Yabana K.、Iida K.、Nobusada K.
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 2 号: 1 ページ: 62-62

    • DOI

      10.1038/s42005-019-0173-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Realization of red shift of absorption spectra using optical near-field effect2019

    • 著者名/発表者名
      Yatsui Takashi、Nakahira Yusuke、Nakamura Yuki、Morimoto Tatsuki、Kato Yuma、Yamamoto Muneaki、Yoshida Tomoko、Iida Kenji、Nobusada Katsuyuki
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 30 号: 34 ページ: 34LT02-34LT02

    • DOI

      10.1088/1361-6528/ab2092

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Wave-Vector Excitation in an Indirect-Band-Gap Semiconductor of Silicon with an Optical Near-field2019

    • 著者名/発表者名
      Noda Masashi、Iida Kenji、Yamaguchi Maiku、Yatsui Takashi、Nobusada Katsuyuki
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 11 号: 4 ページ: 044053-044053

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.11.044053

    • 関連する報告書
      2019 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] Improving the electron spin properties of nitrogen-vacancy centres in nanodiamonds by near-field etching2018

    • 著者名/発表者名
      Brandenburg F.、Nagumo R.、Saichi K.、Tahara K.、Iwasaki T.、Hatano M.、Jelezko F.、Igarashi R.、Yatsui T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 15847-15847

    • DOI

      10.1038/s41598-018-34158-4

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] 近接場光援用高効率CO2還元のためのナノ構造寸法依存性に 関する検討2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木 耀介、中村 勇生、森本 樹、加藤 由真、山本 宗昭、吉田 朋子、清水 暢之、片岡 祐紀、根岸 雄一、飯田 健二、信定 克幸、八井 崇
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Recent development of the photochemical reactions and the opto-electric2019

    • 著者名/発表者名
      T. Yatsui
    • 学会等名
      The International Symposium on Plasmonics and Nano-photonics (iSPN2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Applications of novel optical near-field reactions based on a special non-uniformity2019

    • 著者名/発表者名
      T. Yatsui
    • 学会等名
      The 12th Asia‐Pacific Conference on Near‐field Optics (APNFO12)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of CO2 Reduction using a near-field excitation2019

    • 著者名/発表者名
      T. Yatsui, Y. Suzuki, T. Morimoto, Y. Kato, M. Yamamoto, T. Yoshida, N. Shimizu, Y. Kataoka, Y. Negishi,H. Ishida, and K. Iida
    • 学会等名
      The 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3) and International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CO2還元高効率化のための近接場光源依存性に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 耀介、八井 崇、中村 勇生、森本 樹、加藤 由真、山本 宗昭、吉田 朋子、清水 暢之、片岡 祐紀、根岸 雄一、飯田 健二、信定 克幸
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 近接場光援用光学禁制遷移励起による二酸化炭素還元の高効率化2019

    • 著者名/発表者名
      中村 勇生、森本 樹、加藤 由真、吉田 朋子、清水 暢之、藏重 亘、根岸 雄一、飯田 健二、八井 崇
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノ構造最適化による近接場光援用高効率二酸化炭素還元の開発2019

    • 著者名/発表者名
      八井崇、中村勇生、森本樹、吉田朋子、清水暢之、藏重亘、根岸雄一、飯田健二、信定克幸
    • 学会等名
      新学術領域研究「光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光-物質変換系の創製」 第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高効率二酸化炭素還元のための表面粗さ制御による近接場光効果の最適化2018

    • 著者名/発表者名
      中村 勇生、森本 樹、吉田 朋子、藏重 亘、根岸 雄一、飯田 健二、八井 崇
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Improving the efficiency of CO2 reduction using metal complex by optical near-field2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura, Y. Nakahira, K. Iida, T. Morimoto, T. Yoshida, W. Kurashige, Y. Negishi, and T. Yatsui
    • 学会等名
      JSPS Core-to-Core Japan Workshop 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Novel chemical reactions using a non-uniform optical field2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yatsui
    • 学会等名
      JSPS Core-to-Core Japan Workshop 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Yatsui Research Group

    • URL

      https://lux.ee.tut.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Yatsui Research Group

    • URL

      http://www.lux.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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