新奇可視プラズモニックC1型合金材料の合成と評価

新型可见等离子体C1型合金材料的合成与评价

• 批准号: 20J15759
• 负责人: 竹熊 晴香
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15759/
• 关键词: 可視プラズモニクス; 局在表面プラズモン共鳴; 無機ナノ粒子; 金属間化合物; 規則合金

局在表面プラズモン共鳴（LSPR）は近年注目を集めている光学現象であり、太陽電池や光触媒などへの応用が広く試みられている。本研究では、C1（CaF2）型の合金ナノ粒子を中心に、可視プラズモニック合金ナノ材料の結晶構造がLSPR特性にもたらす影響の解明を目指した。2021年度も継続してC1-PtIn2ナノ粒子の合成を検討した。液相分散状態のPtIn2ナノ粒子の合成報告はこれまでになかったが、Pt種粒子を用いた二段階の合成法により、良分散性のC1-PtIn2ナノ粒子の合成に成功し、粒径制御と単分散化を達成した。また、紫外可視分光法や電子エネルギー損失分光法から、合成したC1-PtIn2ナノ粒子が551 nm（2.25 eV）付近にLSPRによる吸収極大をもつことを示した。加えて、LSPRの特徴的な性質として、分散媒の屈折率増加やナノ粒子の粒径の増大に伴う吸収極大波長の長波長シフト、表面増強ラマン散乱によるターゲット分子からのシグナル増強を確認した。以上から本研究では、C1型の合金ナノ粒子においても顕著なLSPRが可視域で発現することを実証した。共同研究者と進めている理論計算によるアプローチでは、構成原子数600程度の大きなクラスターを構造モデルとした実時間・実空間の第一原理計算を行い、光励起電子ダイナミクスを調べた。その結果、結晶構造（原子の配位環境や組成）や束縛電子の外部電場への応答のしやすさ（束縛電子の束縛の度合い、電子構造に依存）がLSPR波長の決定に寄与することが強く示唆された。結晶構造がLSPR特性にもたらす影響をより深く解明するには、LSPR特性を決定する効果の定量化や、他の合金ナノ粒子の合成、計算による同様の検討の蓄積が必要であるものの、合金ナノ粒子のプラズモニクスは未開拓の学問領域であり、今回得られた成果はプラズモニクスの発展に寄与するものであると考える。

Local surface resonance (LSPR) has attracted much attention in recent years, including optical phenomena such as solar cells and photocatalysts. In this study, the effects of crystal structure on LSPR characteristics of C1 (CaF2)-type alloy particles were investigated. 2021 - 2022 - 2023 - 23 - 2023 - 20 - 2 Synthesis of PtIn2 particles in liquid phase dispersion was successfully achieved by two-stage synthesis of Pt particles with good dispersion and particle size control. UV-visible spectroscopy and electron loss spectroscopy are used to synthesize C1-PtIn2 particles up to 551 nm (2.25 eV). Increase in the refractive index of dispersed particles, increase in the absorption maximum wavelength, increase in the surface intensity, increase in the dispersion of particles, and increase in the refractive index of dispersed particles are confirmed. In this study, we have demonstrated that the LSPR can be observed in the presence of C1-type alloy particles The co-researchers conducted theoretical calculations and adjusted the structure of the atomic number of 600 by photoexcitation. As a result, the crystal structure (atomic coordination environment and composition), the external electric field response of bound electrons (binding degree of bound electrons, electronic structure dependence), and the determination of LSPR wavelength are strongly influenced. The quantitative analysis of the effect of crystal structure on LSPR characteristics and the accumulation of the same in the synthesis and calculation of other alloy particles are necessary.

项目成果

可視LSPRを発現する擬貨幣金属規則合金ナノ粒子の設計・合成

具有可见局域表面等离子体共振的准货币金属有序合金纳米粒子的设计与合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 両角潤樹;久山智弘;鬼頭聖弥;占部継一郎;江利口浩二;長谷 憲一郎;久山智弘，占部継一郎，江利口浩二;竹熊晴香
• 通讯作者: 竹熊晴香

擬貨幣金属合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性

伪硬币金属合金纳米颗粒的合成及其等离子体特性

• 发表时间: 2020
• 作者: 辻 史香;奈須 滉;作田 敦;辰巳砂 昌弘;林 晃敏;竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，寺西利治
• 通讯作者: 竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，寺西利治

C1-PtIn2規則合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性

C1-PtIn2有序合金纳米粒子的合成及等离子体特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 久山智弘;占部継一郎;江利口浩二;竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，信定克幸，寺西利治
• 通讯作者: 竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，信定克幸，寺西利治

C1-PtIn2規則合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性 (Synthesis and Plasmonic Properties of C1-ordered PtIn2 Nanoalloys)

C1 有序 PtIn2 纳米合金的合成及等离子体性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 竹熊晴香;佐藤良太;飯田健二;川脇徳久;治田充貴;倉田博基;寺西利治
• 通讯作者: 寺西利治

Synthesis and plasmonic properties of C1-ordered PtIn2 alloy nanoparticles

C1有序PtIn2合金纳米粒子的合成及等离子体特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruka Takekuma;Ryota Sato;Kenji Iida;Tokuhisa Kawawaki;Mitsutaka Haruta;Hiroki Kurata;Toshiharu Teranishi
• 通讯作者: Toshiharu Teranishi