革新的設計指針に基づくプラズモニック光触媒の高効率化

基于创新设计准则的高效率等离子体光催化剂

• 批准号: 20H02706
• 负责人: 西 弘泰
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: University of Toyama (2022)The University of Tokyo (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02706/
• 关键词: プラズモン共鳴; プラズモン誘起電荷分離; 光触媒; 金属ナノ粒子; 光ナノ加工

本研究では、これまでにない革新的な設計指針でプラズモニック光触媒を高効率化することを目的としている。昨年度、プラズモン誘起電荷分離によって金ナノ粒子上で部位選択的に駆動できる酸化鉛の酸化析出反応と、ガルバニック置換反応を利用することで、酸化反応の助触媒である酸化マンガンをナノ粒子上に部位選択的に導入することに成功した。本年度は、助触媒の導入部位によってプラズモニック光触媒の効率が変化する原因を検討し、正孔が注入される助触媒と、電子が注入される酸化チタンが空間的に離れていることが高効率化に重要であると結論付けた。この成果から、助触媒の導入部位を制御するという、新しいプラズモニック光触媒の設計指針を得ることができた。これまでは金ナノ粒子上に部位選択的に導入できる物質が酸化鉛にほぼ限られていたため、本研究で酸化マンガンの導入が可能となったことで、他の様々な酸化物助触媒も同様に導入できると考えられる。さらに、上記のような酸化反応による物質の導入だけでなく、還元反応による導入も検討した。透明電極上に担持した金ナノ粒子に電位を印加しながら光を照射し、銀の還元反応を駆動したところ、励起するプラズモン共鳴モードに対応した共鳴サイトで銀の析出が起こることが明らかになった。これにより、酸化物だけでなく、金属助触媒などをプラズモニックナノ粒子上に導入できる可能性が示された。その他にも、金ナノ粒子の集合状態と吸収特性、電気化学応答との相関などに関する知見も得られた。また、金属ナノ粒子上での酸化鉛の析出反応を研究する中で、直線偏光照射下で酸化鉛自身の光電気化学的な成長を行うと、偏光方向に沿ってナノバンドアレイ構造が形成されることを見出した。プラズモニックナノ粒子を用いない新しい光ナノ加工法として、新たな研究対象となりうると考えられる。

This study で は, こ れ ま で に な い innovative design な pointer で プ ラ ズ モ ニ ッ ク photocatalytic を high rate of unseen す る こ と を purpose と し て い る. Last year, プ ラ ズ モ ン induced charge separation に よ っ て gold ナ ノ particle で parts sentaku に 駆 dynamic で き る の acidification precipitation acidification lead against 応 と, ガ ル バ ニ ッ ク displacement inverse 応 を using す る こ と で, acidification 応 の help catalyst で あ る acidification マ ン ガ ン を ナ ノ particle に parts sentaku に import す る こ と に successful し た. Catalytic の は, this year the import parts に よ っ て プ ラ ズ モ ニ ッ ク photocatalytic の が sharper rate - the す る reason を beg し 検 が, positive hole injection さ れ る help catalyst と, electronic が injection さ れ る acidification チ タ ン が space に from れ て い る こ と が high rate of unseen に important で あ る と conclusion pay け た. こ の results か ら, catalytic の import parts を suppression す る と い う, new し い プ ラ ズ モ ニ ッ ク photocatalytic の design the pointer を る こ と が で き た. こ れ ま で は gold ナ ノ particle に parts sentaku に import で き る material が acidification lead に ほ ぼ limit ら れ て い た た め, this study で acidification マ ン ガ ン の import が may と な っ た こ と で, he の others 々 な acidification content with others help catalyst も に import で き る と exam え ら れ る. Youdaoplaceholder0, the above note is that ような acidification and anti応 による substances are introduced into だけでなく, and reducing substances are introduced into 応による 検 to seek た た. Transparent electrode に bear hold し た gold ナ ノ particle に potential を Inca し な が し ら を light irradiation, silver の is yuan against 応 を 駆 dynamic し た と こ ろ, excitation す る プ ラ ズ モ ン resonance モ ー ド に 応 seaborne し た resonance サ イ ト で silver precipitation の が up こ る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ に よ り, acidification だ け で な く, metal catalyst な ど を プ ラ ズ モ ニ ッ ク ナ ノ particle に import で き が る possibility in さ れ た. そ の he に も, gold ナ の ノ particle collection status と 収 absorption characteristics, electric chemical 応 気 answer と の phase masato な ど に masato す る knowledge も have ら れ た. ま た, metal ナ ノ particle で の acidification precipitation lead の anti 応 を research す る で, linear polarized light で acidification of lead in their own の photoelectric 気 chemical な growth line を う に と, polarization direction along the っ て ナ ノ バ ン ド ア レ が イ structure form さ れ る こ と を shows し た. プ ラ ズ モ ニ ッ ク ナ を ノ particles with い な new し い い light ナ ノ processing method と し て, new た な research like と seaborne な り う る と exam え ら れ る.

项目成果

Light-Directed Electrochemical Reactions Based on Plasmon-Induced Charge Separation

基于等离激元诱导电荷分离的光引导电化学反应

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroyasu Nishi;Tetsu Tatsuma
• 通讯作者: Tetsu Tatsuma

局在表面プラズモン共鳴によって誘起される場所選択的光酸化還元反応

局域表面等离子体共振诱导的位点选择性光氧化还原反应

• 发表时间: 2020
• 作者: 西 弘泰;立間 徹
• 通讯作者: 立間 徹

プラズモン誘起電荷分離とガルバニック置換による金属酸化物助触媒の部位選択的導入

通过等离子体诱导的电荷分离和原电池位移选择性引入金属氧化物助催化剂

• 发表时间: 2022
• 作者: 西 弘泰;キム カンソク;立間 徹
• 通讯作者: 立間 徹

Plasmon-induced charge separation based on a nanocomposite containing MoO2 under visible light irradiation

• DOI: 10.1039/d1tc00887k
• 发表时间: 2021-04-26
• 期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
• 影响因子: 6.4
• 作者: Lee, Seung Hyuk;Nishi, Hiroyasu;Tatsuma, Tetsu
• 通讯作者: Tatsuma, Tetsu

プラズモン誘起電荷分離効率に対する高次モードの影響

高阶模式对等离子体引起的电荷分离效率的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 西 弘泰;立間 徹
• 通讯作者: 立間 徹