Development of Spatially Selective Visible Light Energy Conversion System

本研究では、金属ナノ構造への光照射により誘起される局在表面プラズモン共鳴に着目し、金属ナノ構造とワイドバンドギャップ半導体を利用した光エネルギー変換系の確立、およびその電荷移動過程の詳細解明による多色応答物質変換系の確立を目指した検証を進めている。実験では、金属ナノ構造をワイドバンドギャップのp型半導体に担持し、局在表面プラズモン共鳴の励起に伴い生成する電子正孔対の移動方向を制御することで、金属・半導体界面において還元反応を制御する系を扱っている。特に初年度の検証においては、異なる波長の光に応答する金属ナノロッド構造を半導体電極表面に担持し、多色光照射下においてその光学特性に応答した反応効率、および励起種の絶対電気化学電位を明らかにすることを目指した検証を行った。その結果、入射光の波長に依存した光電流の違いを確認し、光学特性の相関を確認した。それに加えて、担持する半導体のフラットバンド電位や入射光波長に依存して反応に関与する励起電子の電気化学電位が変化することを確認し、その絶対値に関する系統的な情報を得ることに成功した。これにより、望みの光誘起反応を制御するにあたって系の適切な設計指針を提案することが初めて可能になった。

本研究では、金属ナノ構造への光照射により誘起される局在表面プラズモン共鳴に着目し、金属ナノ構造とワイドバンドギャップ半導体を利用した光エネルギー変換系の確立、およびその電荷移動過程の詳細解明による多色応答物質変換系の確立を目指した検証を進めている。実験では、金属ナノ構造をワイドバンドギャップのp型半導体に担持し、局在表面プラズモン共鳴の励起に伴い生成する電子正孔対の移動方向を制御することで、金属・半導体界面において還元反応を制御する系を扱っている。特に初年度の検証においては、異なる波長の光に応答する金属ナノロッド構造を半導体電極表面に担持し、多色光照射下においてその光学特性に応答した反応効率、および励起種の絶対電気化学電位を明らかにすることを目指した検証を行った。その結果、入射光の波長に依存した光電流の違いを確認し、光学特性の相関を確認した。それに加えて、担持する半導体のフラットバンド電位や入射光波長に依存して反応に関与する励起電子の電気化学電位が変化することを確認し、その絶対値に関する系統的な情報を得ることに成功した。これにより、望みの光誘起反応を制御するにあたって系の適切な設計指針を提案することが初めて可能になった。