金・銀ナノ構造の精密造形による表面プラズモンの局在化と高効率分子励起

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15033254
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山田 淳 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30136551)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 毅 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20304751)
• Keywords: 金ナノ粒子 / 交互自己集合法 / 表面プラズモン / 光電変換素子 / 分子励起

Research Abstract

金・銀ナノ粒子は表面プラズモンに基づく顕著な電場増強を示し,次世代光機能デバイスとしての応用が注目されている。本研究では,申請者らが開発した光固定方法,化学的組織化方法を駆使して,顕著な表面増強効果を発現するナノ構造体を創製した。さらに,表面分子の振動・電子励起を広波長域の表面プラズモンで誘発し,ラマン信号感度の飛躍的向上ならびに局在プラズモン共鳴を活用する光電変換変換効率の飛躍的向上を図った。具体的成果は以下の通りである。
(1)交互自己集合法により,ポルフィリンと金ナノ粒子を透明電極上に集積化した。集積体の構造は電子顕微鏡で評価した。さらに集積体に光を照射しつつ光電流を測定したところ,ポルフィリンの光励起に起因するカソード方向の光電流が観測された。自己集合をくり返すに伴って光電流の増大が認められた。
(2)堆積方法による金ナノ粒子-色素集積体を金電極上に作製した。すなわち,金ナノ粒子を塩析により金電極上に堆積させ,多孔性のナノ構造電極を作製した。これにルテニウム色素を吸着させ,光電変換素子を作製した。光電流測定を行った結果,プラズモン励起の寄与を見出した。金ナノ粒子の局在プラズモンに基づく光電流増強を世界で初めて見出した。
(3)サイズ効果の検討
サイズの異なる金ナノ粒子(18〜200nm)を合成し,堆積方法によりナノ構造電極を作製し,ひきつづいてルテニウム色素を吸着させた。光電流にサイズ依存性が認められ,50〜100nmの金ナノ粒子を用いた場合に最大の光電流が得られた。

Research Products

• [Publications] N.Terasaki et al.: "A double-driven photoelectrochemical cell"Synthetic Metals. 139. 511-514 (2003)
• [Publications] T.Akiyama et al.: "Particle-size effects on the photocurrent efficiency of nanostructured assemblies consisting of gold nanoparticles and a ruthenium complex-viologen linked thiol"Journal of Electroanalytical Chemistry. 550-551. 303-307 (2003)
• [Publications] S.Yamada et al.: "Gold nanoparticle-porphyrin self-assembled multistructures for photoelectric conversion"Thin Sold Films. 438-439. 70-74 (2003)
• [Publications] S.Nitahara et al.: "Fabrication and photoelectrochemical properties of electron donor-acceptor assemblies via titanium oxide interlayers"Thin Sold Films. 438-439. 230-234 (2003)
• [Publications] Y.Niidome et al.: "Novel Method for Spatioselective Electroless Plating Catalyzed by Laser-Deposited Gold Nanoparticles"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 7640-7641 (2003)