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プラズモニック光捕集アンテナ界面の構築

公募研究

研究領域人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合
研究課題/領域番号 25107511
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
研究機関東京大学

研究代表者

立間 徹  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90242247)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードプラズモン誘起電荷分離 / 光アンテナ / 酸化チタン / 金ナノ粒子 / 人工光合成 / 合金ナノ粒子
研究実績の概要

本研究は、強い局在振動電場が生じるプラズモニックアンテナ界面を作製し、その界面で起こるプラズモン誘起電荷分離を、人工光合成系に適用することを目的としている。
光アンテナ効果については、銀ナノキューブを用いることで、硫化鉛コロイド量子ドットと酸化亜鉛ナノワイヤを用いたヘテロジャンクション太陽電池のエネルギー変換効率を、4.5%から6.0%へと向上させることができた。これは、近接場効果と散乱効果に基づくものと考えられる。また、電子正孔対を解離させる効果もある可能性が示唆されている。この結果に基づいて、コロイド量子ドットを用いた、あるいはコロイド量子ドット増感系に基づいた人工光合成反応の速度増強が可能だと期待される。
25年度にアンテナ効果を実験的に調べた分枝状金ナノ粒子については、生成する局在電場強度分布を理論計算によって調べた。その結果、金ナノロッドと比べて、広い範囲の波長、入射角、偏光角の光を利用できることが示された。
プラズモン誘起電荷分離については、酸化チタン上に金ナノ粒子を担持した系について、プラズモン共鳴状態の金ナノ粒子から酸化チタンへの電子移動に伴う、金ナノ粒子の電位を系統的に調べた。酸化チタン上に金ナノ粒子を担持し、適切な配位子の存在下において単色光を照射した。その際の金ナノ粒子のスペクトル変化から、金の錯形成を伴う酸化溶解反応の進行の有無を調べた。様々な条件において調べることで、電位挙動を支配する因子を明らかにすることができた。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 2件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Wavelength- and Efficiency-Tunable Plasmon-Induced Charge Separation by the Use of Au-Ag Alloy Nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      H. Nishi, T. Torimoto, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 号: 6 ページ: 4042-4046

    • DOI

      10.1039/c4cp04673k

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Efficiency Enhancement of PbS Quantum Dot/ZnO Nanowire Bulk-Heterojunction Solar Cells by Plasmonic Silver Nanocubes2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kawawaki, H. Wang, T. Kubo, K. Saito, J. Nakazaki, H. Segawa, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 印刷中 号: 4 ページ: 4165-4172

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b00321

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In-Situ Nanoimaging of Photoinduced Charge Separation at the Plasmonic Au Nanoparticle-TiO2 Interface2014

    • 著者名/発表者名
      E. Kazuma and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      Adv. Mater. Interfaces

      巻: 1 号: 3 ページ: 1400066-1400066

    • DOI

      10.1002/admi.201400066

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical Synthesis, Optical properties and Plasmon-Induced Charge Separation Behaviour of Gold Nanodumbbells on TiO22014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katagi, E. Kazuma, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 6 号: 23 ページ: 14543-14548

    • DOI

      10.1039/c4nr05282j

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 貴金属の助触媒効果とプラズモン誘起電荷分離のKFMによる分析2014

    • 著者名/発表者名
      立間 徹、数間恵弥子
    • 雑誌名

      会報光触媒

      巻: 44 ページ: 6-9

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 半導体ナノ粒子に対するプラズモニックナノ粒子のアンテナ効果2013

    • 著者名/発表者名
      立間 徹, 川脇徳久, 朝倉彰洋
    • 雑誌名

      会報光触媒

      巻: 41 ページ: 42-45

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] プラズモン誘起電荷分離(PICS)の機構について2013

    • 著者名/発表者名
      立間 徹
    • 雑誌名

      日本写真学会誌

      巻: 76 ページ: 463-468

    • NAID

      130004796405

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Efficiency Enhancement of AnO Nanowire/PbS Quantum Dot Heterojunction Solar Cell by Plasmonic Nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      Tokuhisa KAWAWAKI, Koichiro SAITO, Haibin WAN, Takaya KUBO, Jotaro NAKAZAKI, Hiroshi SEGAWA and Tetsu TATSUMA
    • 学会等名
      7th International Symposium on Innovative Solar Cells
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-01-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Plasmonic Nanoantenna Interfaces for Photoelectrochemical Reactions2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Tatsuma, Hiroyasu Nishi, Emiko Kazuma, Tokuhisa Kawawaki, and Akihiro Asakura
    • 学会等名
      2014 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP2014)
    • 発表場所
      Awaji, Japan
    • 年月日
      2014-11-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Photofunctional Materials Based on Metal Nanoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      1st International Symposium on Interactive Material Science
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2014-11-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of PbS Quantum Dot-Sensitized Photocurrents by Plasmonic Gold Nanoparticles under Visible and Near-Infrared Light2014

    • 著者名/発表者名
      Tokuhisa Kawawaki and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      5th International Congress on Ceramics (ICC5)
    • 発表場所
      Beijin, China
    • 年月日
      2014-08-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of PbS Quantum Dot-Sensitized Photocurrents by Plasmonic Gold Nanoparticles: Effect of Quantum Dot Size

    • 著者名/発表者名
      Tokuhisa Kawawaki and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      26th International Conference on Photochemistry (ICP 2013)
    • 発表場所
      Leuven, Belgium
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Photoelectrochemistry of Silver Clusters Supported on TiO2 under Visible Light Irradiation

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kogo, Nobuyuki Sakai, and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      224th ECS Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nanoimaging of Photoinduced Charge Separation at the Au Nanoparticle-TiO2 Interface by Kelvin Probe Force Microscopy

    • 著者名/発表者名
      Emiko Kazuma and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金ナノプレート担持酸化チタンにおけるプラズモン誘起電荷分離のKFMによる解析

    • 著者名/発表者名
      立間 徹, 数間恵弥子
    • 学会等名
      日本分析化学会 第62年会
    • 発表場所
      東大阪
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光電気化学エッチングによる銀クラスターのサイズ制御

    • 著者名/発表者名
      古郷敦史, 坂井伸行, 立間 徹
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 量子ドット増感光電流のプラズモン共鳴による増強

    • 著者名/発表者名
      川脇徳久, 朝倉彰洋, 立間 徹
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 量子ドット増感光電流の金ナノ粒子による増強

    • 著者名/発表者名
      川脇徳久, 立間 徹
    • 学会等名
      第3回CSJ化学フェスタ2013
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金属クラスター増感酸化チタンの光機能とそのクラスターサイズ依存性

    • 著者名/発表者名
      古郷敦史, 坂井伸行, 立間 徹
    • 学会等名
      第20回記念シンポジウム「光触媒反応の最近の展開」
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 局在プラズモンを利用した光電変換

    • 著者名/発表者名
      立間 徹
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 近赤外域における量子ドット増感光電流の異方性金ナノ粒子による増強

    • 著者名/発表者名
      川脇徳久, 朝倉彰洋, 立間 徹
    • 学会等名
      電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      吹田
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金-銀合金ナノ粒子のプラズモン誘起電荷分離挙動

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰, 立間 徹
    • 学会等名
      電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      吹田
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] Encyclopedia of Applied Electrochemistry "Plasmonic Electrochemistry (Surface Plasmon Effect)"2014

    • 著者名/発表者名
      T. Tatsuma
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] 金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用 第3章2節 "金属ナノ粒子と光誘起電荷分離"2013

    • 著者名/発表者名
      立間 徹
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      シーエムシー
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 立間研究室 ホームページ

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/~tatsuma/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 立間研究室ホームページ

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/~tatsuma/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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