| 研究課題/領域番号 |
16H02082
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
立間 徹 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90242247)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | プラズモン共鳴 / ナノ材料 / 光電変換 / 光触媒 / 光機能材料 |
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| 研究実績の概要 |
我々が提唱したプラズモン誘起電荷分離(PICS)現象は、全世界で広く研究されているが、その結果、機構などについて多くの混乱が生じ、それがPICSの学術的な理解と実用的応用を難しくしている。本研究ではこの状況を打開するため、その機構を解明し、PICSに相応しい応用を明らかにする。
28年度は、機構面ではPICSにおける酸化電位の支配因子を明らかにした。酸化チタン上の金ナノ粒子のPICSによる水酸化等については、酸化チタンのフラットバンド電位から、粒子が吸収する光子のエネルギーの分だけ正側に、金ナノ粒子の電位がシフトすることを明らかにした。この成果は、PICSによる光触媒反応系を構築する上で重要な知見である。
また、我々はすでに局在電場の強い場所でPICSが起こりやすいケースが複数あることを報告しているが、それらのうち銀の酸化溶解反応を伴うものについては、電場が強い場所で酸化反応が起こりやすいためであることを、銀ナノキューブの酸化溶解反応を利用して明らかにした。これは、PICSによりまず酸化反応が引き起こされているケースがあることを初めて直接的に示した結果だと考えられる。
応用面では、上記の銀ナノキューブを用いた機構解明の成果を踏まえて、銀ナノキューブへの複数の情報記録、表と裏で異なって見える半透明画像の光描画、多色散乱画像の光描画などを行った。
また、PICSによる水から水素への還元反応、光による多孔質ナノ粒子の作製、粒子への金の蒸着によるPICS効率の改善などに関する研究を行った。さらに、当該研究に関連して、化合物ナノ粒子を利用した赤外エレクトロクロミック材料、表と裏で散乱色の異なる半透明材料、半透明太陽電池の開発などを行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
計画通り、酸化電位を支配する因子を明らかにすることができた。また、水から水素への還元反応について、PICSにより行うことができた。水から酸素への酸化について測定するためには、ガスクロマトグラフィーによる測定装置を改善する必要がある。環境中の酸素の混入が原因であり、これについて修正する必要がある。一方、局在電場とPICS反応サイトとの相関などは、計画よりも早く進行している。その応用展開についても、大きな進展が見られた。また、次年度以降に計画している化合物ナノ粒子によるPICSの研究に関連して、その準備も順調に進行した。これらを総合的に考えて、十分順調に進行しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
機構面では、局在電場強度と反応効率などとの相関について、さらなる知見を得るために、プラズモンカップリング現象などを利用した解析を行う
応用面では、まずは、水から酸素への酸化反応を分析できるように、ガスクロマトグラフィーによる測定装置を改善する必要がある。環境中の酸素の混入が原因であり、これが起こらないように修正する。その後、水から水素への還元反応、水から酸素への酸化反応について、適切な助触媒を利用して酸化還元反応の進行に必要な活性化エネルギーを抑制したり、多電子反応が起こりやすくなるように系を最適化する。
また、機構解明と応用展開にまたがる検討事項として、化合物ナノ粒子によるPICSの実現を試みる。組み合わせる半導体を適切に選んでセルを作製し、赤外光の照射下における短絡光電流や開回路光電圧、電流－電圧特性などを評価する。光応答のアクションスペクトルも測定し、光吸収スペクトルなどと比較して、PICSの寄与などについて評価を行う。
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