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2021 年度 実績報告書

イオンの自由度を制御する金属ナノ構造複合系の創出

公募研究

研究領域蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学
研究課題/領域番号 20H05281
研究機関北海道大学

研究代表者

福島 知宏  北海道大学, 理学研究院, 助教 (50801560)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード局在表面プラズモン共鳴 / プロトン伝導 / 振動強結合 / 薄膜物性
研究実績の概要

蓄電固体界面デバイスの発展に向けて、光の有する自由度を導入し、界面イオニクスの自由度の制御を目的として研究を行っている。特に局在表面プラズモン共鳴を利用した金属ナノ構造ー電解質界面におけるイオン伝導度の光制御および共振場におけるプロトン伝導の精密制御を行った。
従来の光照射におけるイオン伝導制御においては高エネルギー高強度の光照射が必要不可欠であった。局在表面プラズモン共鳴においては、光に対する高応答性が利用可能であり、光照射に伴い、局在光の電場形成に伴った、反応電子および正孔の生成と熱緩和過程が知られている。金属ナノ構造を配列させた構造上にNafion薄膜を作成した際には薄膜条件が数十ナノメートルの領域において、光照射に応じたイオン伝導度の低下が観測された。波長依存性に関してはLED光源を利用して検討したところ、消光計測で確認されたプラズモン共鳴に従って、イオン伝導度の低下が観測された。このことはイオン伝導度とプラズモン共鳴の間に相関があることを示唆している。
さらには光照射を必要としない真空場との相互作用を利用したイオン伝導変調も行った。分子の振動エネルギーと真空場の光学モードが一致する際にはポラリトン状態と呼ばれる物質ー真空場の混成状態が生じ、物性革新が生じることが知られている。実際に振動エネルギーと結合可能な共振器を作成し、振動強結合状態としたところ、イオン伝導度が増大することが確認された。
上記にあるように場の光学モードとイオン伝導体を相互作用させることにより、イオニクス物性が制御可能となることが示された。本研究で得られた成果をもとに、蓄電固体界面でのイオニクス物性の革新を目指す。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Unique Electronic Excitations at Highly Localized Plasmonic Field2022

    • 著者名/発表者名
      Minamimoto Hiro、Zhou Ruifeng、Fukushima Tomohiro、Murakoshi Kei
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 55 ページ: 809~818

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.1c00593

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibrational Coupling of Water from Weak to Ultrastrong Coupling Regime via Cavity Mode Tuning2021

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Tomohiro、Yoshimitsu Soushi、Murakoshi Kei
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 125 ページ: 25832~25840

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c07686

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Proton Permeation Ability of Modified Single-layer Graphene2021

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Tomohiro、Hasebe Hidetaka、Murakoshi Kei
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 ページ: 1604~1606

    • DOI

      10.1246/cl.210285

    • 査読あり
  • [学会発表] 振動強結合状態における電解質水溶液のイオン伝導特性変調2022

    • 著者名/発表者名
      福島知宏、吉光創之、村越敬
    • 学会等名
      ナノ学会第20回大会
  • [学会発表] 構造電極による酸素発生触媒特性変調2022

    • 著者名/発表者名
      芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
  • [学会発表] 光共振器による電解質水溶液のイオン伝導性制御2022

    • 著者名/発表者名
      吉光創之、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
  • [学会発表] 振動強結合状態下における水和イオンの構造とイオン伝導挙動の特異性2022

    • 著者名/発表者名
      福島知宏、吉光創之、村越敬
    • 学会等名
      2022年 電気化学会第89回大会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子/光酸複合体の調製と光学特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      米山伸二、芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2022年冬季研究発表会
  • [学会発表] 構造電極による酸素発生触媒特性変調2022

    • 著者名/発表者名
      芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      ナノ学会第20回大会
  • [学会発表] Light-controlled proton conductivity by using metal nanostructure2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Fukushima, Motohiro Sai, Kei Murakoshi
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Modification of Graphene Surface for the Controlled Proton Permeation2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Fukushima, Takaha Komai, Kei Murakoshi
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibrational strong coupling of water in various hydration environment2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Fukushima, Soushi Yoshimitsu, Kei Murakoshi
    • 学会等名
      International Conferences on Photochemistry 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of plasmonic molecular trapping sites through surface-enhanced Raman scattering2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Fukushima, Akira Miyauchi, Kei Murakoshi
    • 学会等名
      International Conferences on Photochemistry 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 振動強結合下の水の分光特性評価とイオン伝導度への影響2021

    • 著者名/発表者名
      福島知宏、吉光創之、村越敬
    • 学会等名
      2021年度日本分光学会年次講演会
  • [学会発表] 電解質水溶液の振動強結合によるイオン伝導度の向上2021

    • 著者名/発表者名
      吉光創之、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] プラズモン誘起水素発生触媒過程の核磁気共鳴観測2021

    • 著者名/発表者名
      芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] 振動強結合状態の水の電気化学特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      福島知宏、吉光創之、村越敬
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 共振器マイクロ流路での電解質水溶液の電気化学特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      福島知宏、吉光創之、村越敬
    • 学会等名
      2021年電気化学会秋季大会
  • [学会発表] プラズモニックナノ構造によるプロトン伝導能の光制御2021

    • 著者名/発表者名
      崔元碩、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] Confinement of Hydrogen Nanobubble between Graphene and Au Surface by Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Fukushima, Takaha Komai, Ruifeng Zhou, Kei Murakoshi
    • 学会等名
      第61回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] 核磁気共鳴分光法による水素発生光触媒過程の解析2021

    • 著者名/発表者名
      芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      第36 回ライラックセミナー・第26 回若手研究者交流会
  • [学会発表] 振動強結合による電解質水溶液のイオン伝導度向上2021

    • 著者名/発表者名
      吉光創之、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      第36 回ライラックセミナー・第26 回若手研究者交流会
  • [学会発表] 核磁気共鳴分光法による水素発生同位体選択制の評価2021

    • 著者名/発表者名
      芦澤大輝、福島知宏、村越敬
    • 学会等名
      ナノ学会第19回大会

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公開日: 2022-12-28  

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