| 研究課題/領域番号 |
20K05564
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| 研究機関 | 広島工業大学 |
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研究代表者 |
吉川 裕之 広島工業大学, 情報学部, 准教授 (00314378)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 局在表面プラズモン共鳴 / 電気化学 / レーザー描画 / ナノ構造 / 銀めっき / 酸化還元反応 |
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| 研究実績の概要 |
金ナノ粒子を高密度に修飾した基板にプラズモン共鳴波長の光を照射すると、銀イオンの還元反応（めっき）が選択的に誘起される“プラズモン誘起めっき反応”のメカニズムを解明し、より有用で革新的な光技術へと本手法を高度化することを目的とし、本年度は以下の研究に取り組んだ。
1）前年度に構築した分光電気化学計測システムを用いて、反応の電極電位依存性を詳細に調べた。電極電位を自然電位近傍の-0.05 V（vs 水銀-硫酸水銀(I) 電極）に規制した状態で光照射しても反応が誘起されないこと、光未照射において電極電位を約-0.05 Vよりもネガティブにすると銀が表面に析出し、還元電流が急激に増加することから、光照射による銀の析出反応には-0.1 V付近に存在する銀イオンの還元電位が関係していると考察した。
2）電極電位を自然電位（-0.05 V付近）よりも高い0.3 Vに設定し、その後、開回路状態にして光照射すると、自然電位から光照射を開始した場合に比べて反応（銀の析出量）が抑制されることが明らかとなった。
3）上記の実験結果を踏まえ、光照射下における開回路電位の時間変化について、光照射直前の電極電位との関係について調べた結果、以下のことが明らかとなった。①光照射とともに、電極電位がネガティブにシフトするが、直前の電位が自然電位に近い場合、短い照射時間で電極電位が還元電位を超える。②直前の電位が自然電位よりも高い場合、電位が還元電位に達するまでに長い光照射時間を有する。
4）以上より、光照射によって電極電位がネガティブシフトし、銀イオンの還元電位を超えることにより銀が析出する反応メカニズムが示された。
5）ガラス基板上に作製した酸化チタン、酸化亜鉛薄膜に対して、金ナノ粒子の固定化、プラズモン誘起めっき反応を確認した。酸化チタン薄膜表面では導電性の高い銀ナノ構造が形成されることが示された。
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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
前年度に構築した分光電気化学計測システムを用いて、反応の電極電位依存性を詳細に調べることにより、光照射によって電極電位がネガティブシフトし、銀が析出する反応メカニズムを示すことができた。さらに、ガラス基板上に作製した酸化チタン、酸化亜鉛薄膜に対して、金ナノ粒子の固定化、プラズモン誘起めっき反応を確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
1）電極電位、開回路電位の時間変化、反応後の銀の析出量について、光の照射エネルギーや波長の関数として定量的に評価し、それらの相関を解析する。
2）プラズモン誘起めっき反応を電気化学的に制御し、作製、消去、再描画が可能なレーザー微細描画技術への応用展開を行う。微細構造形成や、極微領域における分光特性、電気電子物性、光機能性の制御を実現する。
3）他の材料表面への反応の誘起、機能発現につなげるため、酸化チタンや酸化亜鉛などの薄膜表面への反応条件と、得られた銀ナノ構造の光学特性、導電性などの関係について調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予定していた学会や研究会などが中止やオンライン開催になったため。成果発表のための学会参加費、旅費、論文投稿料、定量的なメカニズム解明のための機器購入に使用する計画である。
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