広帯域プラズモン誘起電荷分離と水素発生のダイナミクス

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02051
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 古部 昭広 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (30357933)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 光触媒 / プラズモン / 電荷分離 / ダイナミクス / 半導体薄膜 / ナノ材料

研究実績の概要

可視~近赤外光を効率よく吸収する金ナノ構造配列体と電子アクセプター半導体である酸化チタンや遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)2次元材料を積層したプラズモン誘起電荷分離システムを作製し、フェムト秒過渡吸収分光法によるキャリアダイナミクスの解明を行うことが第1の目的である。さらに、水素発生助触媒への電子移動ダイナミクス、それに続く水素バブルダイナミクスの定量的評価を初めて実現することが第2の目的である。特に電子アクセプター層のナノ薄膜化によりこれまで量子効率が低いままであったエネルギー変換効率の飛躍的上昇を目指す。
2023年度は、金ナノ粒子配列体を配置したガラス基板上に膜厚範囲10~100 nmの異なる酸化チタン薄膜を、前年度までより細かい膜厚間隔で多数作製した。さらにその上に白金助触媒を蒸着した試料の作製に成功した。可視域全体を強く吸収する光学応答を示した。
キャリアダイナミクスの評価のためにフェムト秒過渡吸収分光法で伝導電子の生成・減衰過程を解析する計画であったが2021年度に発生した装置トラブルの影響で実施出来なかった。代わりに活性酸素検出色素を用いて、可視光下光触媒性能の酸化チタン膜厚依存性を定量評価した。最小膜厚10 nmの時に、最も高い活性が得られ、ナノ薄膜効果を検証できた。ナノ領域における伝導電子拡散ダイナミクスの数値シミュレーションでその裏付けも出来た。
金ナノ粒子とTMDC材料の硫化タングステンナノシートの複合材料における電荷分離再結合ダイナミクスに関して新たな解析を加え招待講演を含む学会発表を複数回行った。
フェムト秒過渡吸収測定装置の開発については、2022年度に導入された新しい増幅フェムト秒ファイバーレーザー光源に対応する計測制御装システムの開発を進めた。
白金助触媒を経た水分解による水素発生ダイナミクスの解明は今後の課題とする。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Jilin University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Jilin University
• [国際共同研究] 国立台湾科技大学(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立台湾科技大学
• [雑誌論文] Simulation Analysis of the Transient Absorption Spectroscopic Dynamics of Charge Recombination in a Semiconductor Attached with a Gold Nanoparticle Using Initially Variable Coordinates (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Junli、Furube Akihiro
  • 雑誌名: Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.3103/S8756699024700183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser ablation synthesis of BiOCl/Ag/WO3 nanocomposite to evaluate its photocatalysis performance (2024)
  • 著者名/発表者名: Lin Kai-Siang、Furube Akihiro、Katayama Testuro、Koinkar Pankaj、Wu Chang Mou
  • 雑誌名: Modern Physics Letters B 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1142/S0217984924410070
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improved photocatalytic activities of TiO2/MoO3/Au nanocomposite prepared by hydrothermal method (2024)
  • 著者名/発表者名: Sawate Akash、Paul Niloy、Furube Akihiro、Katayama Tetsuro、Koinkar Pankaj
  • 雑誌名: Modern Physics Letters B 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1142/S0217984924410069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ternary composite WS2/GO/Au synthesized from laser ablation and hydrothermal method for photo- and electro-chemical degradation of methylene blue dye (2024)
  • 著者名/発表者名: Shinde Vinayak、Tanwade Pratiksha、Katayama Tetsuro、Furube Akihiro、Sathe Bhaskar、Koinkar Pankaj
  • 雑誌名: Surfaces and Interfaces 巻: 46 ページ: 104067～104067
  • DOI: 10.1016/j.surfin.2024.104067
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of silver nanocubes created by pulsed laser ablation in liquid (2024)
  • 著者名/発表者名: Paul Niloy、Sawate Akash、Sugano Satoshi、Katayama Tetsuro、Oishi Masatsugu、Furube Akihiro、Koinkar Pankaj
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 巻: 38 ページ: 2440010
  • DOI: 10.1142/S0217979224400149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monte Carlo random walk simulation of transient absorption kinetics using reflectance and absorption of electrons at Au/TiO2 nanoparticle boundaries (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Junli、Furube Akihiro
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 巻: 38 ページ: 2440012
  • DOI: 10.1142/S0217979224400125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast timescale charge carrier dynamics in nanocomposite hematite photoelectrodes (2023)
  • 著者名/発表者名: Chen Yen-Jhih、Okazaki Masahiro、Furube Akihiro、Chen Liang-Yih
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 442 ページ: 114820～114820
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2023.114820
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Ultrafast Charge Transfer Dynamics in WS2/Au Nanohybrid System Fabricated by Pulsed Laser Ablation in Liquid (2023)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Furube, Kohei Sasaki, Tatsuki Kokufu, Tetsuro Katayama, Koinkar Pankaj
  • 学会等名: 243rd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Femtosecond Dynamics of Charge Transfer between Plasmonic Metal and Semiconductor Nanostructures (2023)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Furube, Yuto Tsurusaki, Kei Saika, Masaki Murase, Pankaj Koinkar, Tetsuro Katayama
  • 学会等名: The 31st International Conference on Photochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Spectroscopy of WS2/Au Nanohybrid System Fabricated by Pulsed Laser Ablation in Liquid (2023)
  • 著者名/発表者名: Akihiro FURUBE, Kohei SASAKI, Tatsuki KOKUFU, Tetsuro KATAYAMA, Pankaj KOINKAR
  • 学会等名: 光化学討論会
• [学会発表] Monte Carlo Simulation of Electron Diffusion in Nano-Space for Analyzing Transient Absorption Dynamics of Plasmon-Induced Charge Transfer (2023)
  • 著者名/発表者名: Junli Wang and Akihiro Furube
  • 学会等名: 光化学討論会
• [学会発表] 3D堆積AgナノワイヤーによるTiO2光触媒の可視光応答性増大とその電荷分離機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村瀬 将起、片山 哲郎、古部 昭広
  • 学会等名: 光化学討論会
• [学会発表] Simulation Analysis of Electron Diffusion in Circular Semiconductor Nanostrucutre after Ultrafast Electron Injection from Attaching Gold Nanoparticles (2023)
  • 著者名/発表者名: Junli Wang, Pankaj Koinkar, Akihiro Furube
  • 学会等名: 4th International Conference on Nanomaterials and Advanced Composites
• [学会発表] Hydrothermal synthesis of Pd/MoO3/rGO ternary composite for improved photocatalytic performance in methylene blue under visible light (2023)
  • 著者名/発表者名: Akash Sawate, Tetsuro Katayama, Akihiro Furube, Pankaj Koinkar
  • 学会等名: 4th International Conference on Nanomaterials and Advanced Composites
• [備考] Homepage of Akihiro Furube
  • URL: https://www.furube.com/
• [備考] 徳島大学 教育研究者総覧
  • URL: http://pub2.db.tokushima-u.ac.jp/ERD/person/292878/profile-ja.html