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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究旨在使用前所未有的创新设计指南来提高等离子体光催化剂的效率。去年，我们通过利用氧化铅的氧化沉淀反应，可以选择性地引入氧化反应的锰氧化物，这是一种氧化反应的氧化反应的氧化剂，可以通过等离子体诱导的电荷分离和胆汁的取代反应在金纳米颗粒上进行位点驱动。今年，我们调查了血浆光催化剂的效率根据引入cocatalysts的位置而发生变化的原因，并得出结论，在空间上分开了注入孔的孔，并将氧化钛含量注入其中，将电子注入了其对提高效率的电子很重要。该结果为设计等离子光催化剂的新指南提供了新的指南，该指南控制着引入cocatalyst的位点。到目前为止，氧化铅几乎仅限于可以选择性地引入金纳米颗粒的物质，并且由于可以在这项研究中引入氧化锰，因此人们认为可以以相同的方式引入其他各种其他氧化物。此外，除了如上所述通过氧化反应引入物质外，我们还通过还原反应研究了引入。当电势被应用于透明电极支撑的金纳米颗粒时，光线被照射到光线以驱动银的还原反应时，揭示了银色沉淀发生在与激发的等离子体共振模式相对应的共振位点。这表明，不仅可以将氧化物，而且还可以将类似物等引入等离激元纳米颗粒上。此外，已经获得了有关金纳米颗粒的聚集状态，吸收特性以及与电化学反应的相关性的知识。此外，在研究金属纳米颗粒上氧化铅的沉淀反应时，我们发现在线性极化光照射下，氧化铅本身的光电化学生长会沿极化方向形成纳米阵列结构。据认为，这可能成为一种新的研究主题，即不使用等离子纳米颗粒的新方法的新方法。