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2019 年度 実績報告書

プラズモン誘起電荷分離現象の解明と新たな応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H02082
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) 2016-04-01 – 2021-03-31
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
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)現象は現在、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利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ことを目的としている。
これまでPICSについては、入射光のエネルギーを受け取った電子がn型半導体に注入される過程が注目され、主な研究対象となってきた。同時に生じる正孔の寄与についての指摘もあったが、実験的な裏付けは乏しい状態であった。しかし本研究において、前年度までに、正孔による銀の酸化溶解や酸化鉛の析出などにより、正孔の寄与が明らかになった。
本年度は、ピロールの酸化反応や金の酸化反応(配位子存在下での)についても並行して調べ、正孔放出機構と正電荷蓄積機構のいずれかが選択される理由の一つが、反応の電位であることが示唆された。
また、プラズモン共鳴を示す金ナノ粒子を電子輸送材料である酸化チタンと、正孔輸送材料とで挟み、後者の種類を変えることで、正孔放出の様相について調べた。その結果、従来は、上記のような構造を構築して光電流を流す場合、光によってナノ粒子中に生成した1つの電子-正孔対から、電子1つが電子輸送材へ、正孔1つが正孔輸送材へと注入されるという機構が考えられてきましたが、1つの電子-正孔対から1つの電子が電子輸送材へ、またもう1つの別な電子-正孔対から1つの正孔が正孔輸送材料へと注入されることが示された(余ったそれぞれの正孔と電子は、失活後に実質的に再結合すると考えられる)。このことから、電圧のアップコンバージョンなどが原理的に可能であることが示唆された。
そのほか、正孔放出過程の光ナノ加工への応用をさらに展開した。

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。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 8件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] A Dual Plasmonic Photoelectrode System for Visible Light Photocatalysis2020

    • 著者名/発表者名
      H. Nishi, K. Miyake, K.-C. Kao, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ChemNanoMat

      巻: 6 ページ: 529-532

    • DOI

      10.1002/cnma.201900751

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser Printing of Translucent Plasmonic Full-Color Images with Transmission-Scattering Dichroism of Silver Nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kuroiwa and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ACS Appl. Nano Mater.

      巻: 3 ページ: 2472-2479

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02560

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoinduced Chirality Switching of Metal-Inorganic Plasmonic Nanostructures2020

    • 著者名/発表者名
      K. Morisawa, T. Ishida, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 14 ページ: 3603-3609

    • DOI

      10.1021/acsnano.9b10216

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmonic Hole Ejection Involved in Plasmon-Induced Charge Separation2020

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

      Nanoscale Horiz.

      巻: 5 ページ: 597-606

    • DOI

      10.1039/C9NH00649D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical Modulation of Plasmon-Induced Charge Separation Behaviour at Au-TiO2 Photocathodes2019

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol. Sci.

      巻: 18 ページ: 1727-1731

    • DOI

      10.1039/C9PP00098D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visible-Light-Driven Plasmonic Photocatalysis Enhanced by Charge Accumulation2019

    • 著者名/発表者名
      K.-C. Kao, H. Nishi, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ChemNanoMat

      巻: 5 ページ: 1021-1027

    • DOI

      10.1002/cnma.201900187

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Full-Color Scattering Based on Plasmon and Mie Resonances of Gold Nanoparticles Modulated by Fabry-Perot Interference for Coloring and Image Projection2019

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

      ACS Appl. Nano Mater.

      巻: 2 ページ: 5071-5078

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b00990

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerated Site-Selective Photooxidation on Au Nanoparticles via Electrochemically-Assisted Plasmonic Hole Ejection2019

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

      Nanoscale

      巻: 11 ページ: 19455-19461

    • DOI

      10.1039/C9NR05988A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stepwise Injection of Energetic Electrons and Holes in Plasmon-Induced Charge Separation2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ishida, S. Toe, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 123 ページ: 30562-30570

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b08923

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical and Photoelectrochemical Applications of Plasmonic Metal and Compound Nanoparticles2019

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

      Electrochemistry

      巻: 87 ページ: 321-327

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.19-6-E2679

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における熱電子及び熱正孔の段階的注入2020

    • 著者名/発表者名
      石田 拓也, 戸江 紫乃, 立間 徹
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 電位を制御したプラズモニックナノ粒子上で駆動される場所選択酸化還元反応2020

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰, 立間 徹
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における正孔放出とキラルナノ構造作製への応用2020

    • 著者名/発表者名
      立間 徹、西 弘泰、石田 拓也
    • 学会等名
      電気化学会第87回大会
  • [学会発表] 異種金属ナノ粒子間のプラズモンカップリングを利用した光誘起電荷分離2020

    • 著者名/発表者名
      青木 千佳、石田 拓也、立間 徹
    • 学会等名
      電気化学会第87回大会
  • [学会発表] 透明電極および金属電極に担持した金属ナノ粒子における場所選択的光酸化還元反応2020

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰、立間 徹
    • 学会等名
      電気化学会第87回大会
  • [学会発表] 電位を制御した金ナノ粒子上における局所的酸化還元反応2020

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰、立間 徹
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 金ナノキューブへの円偏光照射によるキラルナノ構造の作製2020

    • 著者名/発表者名
      下村 孔輝、石田 拓也、立間 徹
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離による金属ナノ粒子上での析出反応の解析2020

    • 著者名/発表者名
      川井 朱理・西 弘泰・立間 徹
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Fabrication of Chiral Plasmonic Nanoparticles Based on Plasmon-Induced Charge Separation2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu TATSUMA, Koichiro SAITO, Kazeto MORISAWA, Takuya ISHIDA
    • 学会等名
      10th International Conference on Materials for Advanced Technologies
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasmon-Induced Charge Separation: Mechanisms and Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu TATSUMA
    • 学会等名
      Workshop on Advanced Materials and Devices
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasmonic Electrochemistry of Metal and Compound Nanoparticles and its Applications2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nishi and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      Workshop on Advanced Materials and Devices
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Energetic Hole Ejection Involved in Plasmon-Induced Charge Separation: Local Oxidation and an Application to Near IR Photovoltaics2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu TATSUMA, Hiroyasu NISHI, Rui OGATA and Seung Hyuk LEE
    • 学会等名
      236th ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasmonic Hole Ejection and Photovoltaic Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2019 (IWANN2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoelectrochemical Reactions in Confined NanospaceBased on Localized Surface Plasmon Resonance2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Nishi and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2019 (IWANN2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stepwise Injection of Energetic Carriers in PICS2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ishida, Shino Toe, and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2019 (IWANN2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrodeposition of 3D Chiral Gold Nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Igseon Gu, Takuya Ishida, and Tetsu Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2019 (IWANN2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における電子輸送距離の効果:銀ナノタワーによる分析2019

    • 著者名/発表者名
      立間 徹 ・ 小野塚 頌人
    • 学会等名
      第79回分析化学討論会
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における粒子間カップリングの影響2019

    • 著者名/発表者名
      石田拓也, 立間徹
    • 学会等名
      第16回プラズモニクスシンポジウム
  • [学会発表] プラズモン共鳴ナノ粒子からの正孔放出2019

    • 著者名/発表者名
      立間徹, 西弘泰, 緒方塁
    • 学会等名
      第16回プラズモニクスシンポジウム
  • [学会発表] 円偏光により作製したキラル金ナノロッドのキラリティースイッチング2019

    • 著者名/発表者名
      森澤 風仁、石田 拓也、立間 徹 
    • 学会等名
      2019年電気化学秋季大会
  • [学会発表] 透明電極上に担持した金属ナノ粒子における局所光電気化学反応2019

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰、立間 徹
    • 学会等名
      2019年電気化学秋季大会
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における非対称粒子間カップリングの影響2019

    • 著者名/発表者名
      石田 拓也、立間 徹
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子上における局所的光酸化反応とナ ノ加工への応用2019

    • 著者名/発表者名
      西 弘泰、立間 徹
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
  • [学会発表] 金ナノキューブを用いたプラズモン誘起電荷分離における光酸化反応の検討2019

    • 著者名/発表者名
      緒方 塁、西 弘泰、立間 徹
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
  • [学会発表] Fabrication of 3D Chiral Gold Nanostructures by Electrodeposition2019

    • 著者名/発表者名
      GU, Igseon, ISHIDA, Takuya, TATSUMA, Tetsu
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子の光機能とサイズ依存性2019

    • 著者名/発表者名
      立間 徹
    • 学会等名
      日本分析化学会第68年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体に担持した白金ナノ粒子のプラズモン共鳴特性の制御2019

    • 著者名/発表者名
      青木千佳、石田拓也、立間 徹
    • 学会等名
      第9回CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離によるキラル金ナノキューブの作製2019

    • 著者名/発表者名
      下村孔輝、石田拓也、立間 徹
    • 学会等名
      第9回CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離における熱電子及び正孔の段階的注入2019

    • 著者名/発表者名
      石田拓也・戸江紫乃・立間徹
    • 学会等名
      第38回固体・表面光化学討論会

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公開日: 2021-01-27  

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