2015 Fiscal Year Annual Research Report
銀ナノ粒子プラズモン誘起光化学反応の機構解明と人工光合成反応効率化への応用
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14J40216
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
山本 裕子 香川大学, 工学部, 特別研究員(RPD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面増強ラマン散乱 / プラズモニック光化学反応 / 単分子SERS測定 / 銀ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究目標は、①フェムト秒過渡SERS分光測定を用いたホットエレクトロン誘起光化学反応の検証、②人工光合成等の既存光触媒反応の再現実験、の2つであったが、前年度の目標①単一銀ナノ粒子2量体上で引き起こされる光化学反応のプラズモン・表面増強ラマン散乱(SERS)分光分析、にて期待以上の進展が得られつつあること、また国際的に見ても同研究に関連するテーマが重要視され始めてきつつあり国内外の多数の研究グループが同研究に携わり競争が激しくなってきていることから、本年度は前年度の目標①単一銀ナノ粒子2量体上で引き起こされる光化学反応のプラズモン・SERS分光分析に注力する形で以下の2つの研究を実施した。
a. 金属ナノ粒子上で引き起こされる光化学反応をSERS分光分析する上で必須な、SERSの発生メカニズムの考察およびプラズモニック光化学反応のモニタリングを行う上でのSERS適用方向性を示すための総説執筆。国際誌にて1報、和文で1報の計2報の総説を出版した。
b. 単一銀ナノ粒子上で引き起こされる4-アミノベンゼンチオール(4-ABT)分子の光化学反応のSERS分光分析および4-ABT単分子のSERS測定。銀ナノ粒子凝集体を用いて4-ABT分子の単分子SERS測定を行い、4-ABT単分子のSERSスペクトルを世界で初めてとらえた。本成果はSERSの発生メカニズムの1つであり発見から20年以上経っている化学増強効果について、改めてその原理を正しく解釈する上で極めて重要であり、現在早急な論文化を進めている。
また、多数のSERSホットスポットをわずか3分で生成できる新奇ガルバニ反応を用いた銀ナノ粒子作製手法について、その粒子の組成と生成メカニズムをXPS分光法を用いて明らかとし、筆頭著者で論文を1報出版した。本成果は多数のSERSホットスポットで引き起こされるプラズモニック光化学反応の同時測定に応用できる可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は①フェムト秒過渡SERS分光測定を用いたホットエレクトロン誘起光化学反応の検証、②人工光合成等の既存光触媒反応の再現実験、の2つが目標であったが、前年度の目標①単一銀ナノ粒子2量体上で引き起こされる光化学反応のプラズモン・表面増強ラマン散乱(SERS)分光分析、にて期待以上の進展が得られつつあることから、本年度は当初の目標を変更し、こちらに注力した。上記のとおり、単一銀ナノ粒子上で引き起こされる4-ABT分子の光化学反応のSERS分光分析および4-ABT単分子のSERS測定を行い、4-ABT単分子のSERSスペクトルを世界で初めて捉えたため早急な論文執筆を行っている他、SERS分光分析にかかる総説を筆頭著者で2報、原著論文を筆頭著者で1報出版しており、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策については、当初の予定を変更し、4-ABT単分子SERS測定技術を柱に据える形でプラズモニック光化学反応とプラズモン共鳴の関係について検証を行い、4-ABTおよび類似分子のプラズモニック光化学反応メカニズムの解明に迫る。4-ABT分子が強いプラズモン共鳴場において可視光照射により二量体化する現象はこの1-2年で世界的にコンセンサスが得られつつあるものの、プラズモン共鳴場とのかかわりについては未だ解明されず手付かずのまま残っている。そのため山本は今後、これまでの2年間で構築したプラズモン共鳴の短粒子直接測定法を応用し、4-ABTおよび類似分子のプラズモニック光化学反応の過程をSERSでモニターしながら、同時にプラズモン共鳴との関連を直接的に調べていく。
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