多色光応答光電変換デバイス創出へ向けた半導体/金属電極の高機能化

多色光応答光電変換デバイス創出を志向し、導電性高分子の電解重合反応を用いたプラズモニック光電変換電極における反応メカニズムの解明を目的として研究を行った。酸化チタン表面にAuナノ構造体を修飾すると、Au近傍に誘起される局在プラズモン誘起により、本来酸化チタンが光応答を示さない波長領域で光電変換能が付与される。この系では、光照射に伴うプラズモン誘起により電子/正孔対が形成し、生成した電子が酸化チタンの伝導帯へと注入され、Au表面では正孔による酸化反応が進行することで光応答が発現すると考えられている。しかしながら、未だ電荷移動反応の詳細は明らかとなっておらず、半導体/金属電極の高機能化に向けては更なるブレイクスルーが求められている。本研究では、プラズモン誘起酸化反応により進行する導電性高分子であるポリピロールの酸化重合反応過程を詳細に観察することで、多色光応答光電変換デバイス創出へ向けた基礎的知見を得ることを目指した。トップダウン手法を用いて作製した種々のAuナノ構造体への近赤外光照射により重合析出したポリピロールを、走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等の種々の分析手法を用いて評価した。その結果、Au構造近傍に誘起されるプラズモン増強電場におけるポリピロールの選択的析出を確認し、Au構造と半導体界面付近の空間的活性サイトの特定に成功した。それと同時に、半導体/金属電極の電気化学電極電位を変調することで、電極表面上で誘起されるプラズモン誘起酸化反応において、半導体と金属界面に正孔が捕捉されることである種の反応活性準位が形成していることを実験的に明らかにした。本成果により得られた事実は、多色光子応答に基づく光エネルギー変換を可能とする系を構築するための基礎的知見であると言える。

多色光応答光電変換デバイス創出を志向し、導電性高分子の電解重合反応を用いたプラズモニック光電変換電極における反応メカニズムの解明を目的として研究を行った。酸化チタン表面にAuナノ構造体を修飾すると、Au近傍に誘起される局在プラズモン誘起により、本来酸化チタンが光応答を示さない波長領域で光電変換能が付与される。この系では、光照射に伴うプラズモン誘起により電子/正孔対が形成し、生成した電子が酸化チタンの伝導帯へと注入され、Au表面では正孔による酸化反応が進行することで光応答が発現すると考えられている。しかしながら、未だ電荷移動反応の詳細は明らかとなっておらず、半導体/金属電極の高機能化に向けては更なるブレイクスルーが求められている。本研究では、プラズモン誘起酸化反応により進行する導電性高分子であるポリピロールの酸化重合反応過程を詳細に観察することで、多色光応答光電変換デバイス創出へ向けた基礎的知見を得ることを目指した。トップダウン手法を用いて作製した種々のAuナノ構造体への近赤外光照射により重合析出したポリピロールを、走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等の種々の分析手法を用いて評価した。その結果、Au構造近傍に誘起されるプラズモン増強電場におけるポリピロールの選択的析出を確認し、Au構造と半導体界面付近の空間的活性サイトの特定に成功した。それと同時に、半導体/金属電極の電気化学電極電位を変調することで、電極表面上で誘起されるプラズモン誘起酸化反応において、半導体と金属界面に正孔が捕捉されることである種の反応活性準位が形成していることを実験的に明らかにした。本成果により得られた事実は、多色光子応答に基づく光エネルギー変換を可能とする系を構築するための基礎的知見であると言える。