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2020 年度 実績報告書

ギャップモード誘起新規光捕捉現象と光触媒反応の機構解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 17H02722
研究機関埼玉大学

研究代表者

二又 政之  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20344161)

研究分担者 石川 満  城西大学, 理学部, 客員教授 (70356434)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード表面プラズモン / 光酸化 / 光捕捉 / 光エッチング / 高感度ラマン / ホットキャリア
研究実績の概要

表面プラズモンが関与する新規光現象について、以下の成果が得られた。(1)超高感度ラマン分光により、これまで不明瞭にしか報告されていなかったグアニンとシトシンのpHに依存する3つの異なる吸着状態を金ナノ粒子表面で見出した。ゼータ電位測定、近接臨界濃度測定や量子化学計算に基づき、pHや濃度に依存してプロトン付加状態や配向性が変化することなど詳細な吸着構造を明らかにした。(2)光反応について、新たにp-ハロゲン化チオフェノール(p-XTP)のうち、塩素(X=Cl)は光反応しないが、ヨウ素(X=I), 臭素(X=Br)が、溶媒の水分子の水素に置換されることが、高感度ラマン及び重水中の測定で判明した。これは用いたレーザ光強度での温度上昇が10度以下であり、その程度の温度上昇では熱反応は起きないことから、ホットキャリアを介して起きる光反応である。(3)銀ナノ構造体の水溶液中での微弱レーザ光によるエッチング現象について、そのメカニズムが、銀イオンの光還元と、その後のプラズモン励起と緩和で生成するホットキャリアによる銀イオンの生成とその水溶液中への溶解・拡散、及びホットエレクトロンの銀薄膜中の拡散後の銀イオンとの再結合によることが、種々の溶液組成での光学イメージ、SEMイメージ、EDX分析などに基づいて明らかになった。(4)シリコン基板上の金ナノ粒子(AuNP)分散液への微弱レーザ光照射により、酸性条件でAuNPの光引力が生じ(AuNPが非会r照射領域に集積)、塩基性条件では光斥力が働くことが見出された(照射領域からAuNPが排除される)。DLVO理論に基づく表面間力計算とFDTD計算に基づいて、この結果が合理的に説明できることが判明した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Xiamen University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Xiamen University
  • [雑誌論文] Three distinct adsorbed states of adenine on gold nanoparticles depending on pH in aqueous solutions2022

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshimoto, M. Seki, H. Okabe b, N. Matsuda, De-yin Wu, M. Futamata
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 786 ページ: 139202

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2021.139202

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gap mode induced photo-oxidation of p-methyl thiophenol and relating phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata, K. Tabei, K. Akai, T. Yoshimoto, H. Tominaga
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: 727 ページ: 77-95

    • DOI

      10.1080/15421406.2021.1946968

    • 査読あり
  • [学会発表] 表面プラズモンが誘起する光反応, 光圧効果 及び金属ナノ構造変化2021

    • 著者名/発表者名
      中島陸, 飯岡美優, 金森良介, 二又 政之
    • 学会等名
      2022年プラズモニクス討論会
  • [学会発表] アデニンの金ナノ粒子表面の吸着状態分析2021

    • 著者名/発表者名
      吉本 貴洸 ・関 雅子・二又 政之
    • 学会等名
      2021年分析化学討論会
  • [学会発表] 表面プラズモンが誘起する銀ナノ構造のエッチングと吸着種の光酸化2021

    • 著者名/発表者名
      二又 政之,能重 晴妃
    • 学会等名
      2021年分析化学討論会
  • [学会発表] Plasmon-induced oxidation of p-methyl thiophenol and optical etching of silver nanostructures2021

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata, H. Noju, K. Tabei, K. Akai
    • 学会等名
      ISSS-9
    • 国際学会
  • [学会発表] Gap mode-induced photocatalytic reaction of various substituted thiophenol molecules on silver2021

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Futamata, Kanae Tabei, Keitaro Akai
    • 学会等名
      PACIFICHEM2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Distinct adsorbed states of adenine on gold nanoparticles at various pH solutions using flocculation-surface enhanced Raman scattering2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yoshimoto, Masako Seki, Masayuki Futamata
    • 学会等名
      PACIFICHEM2022
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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