液中開口型近接場光学顕微鏡の開発とそれを用いたプラズモニック触媒特性の解明と制御

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貴金属ナノ構造体に励起されるプラズモンを用いて化学反応を促進させるプラズモニック触媒は，エネルギーの効率的利用の観点から多くの研究が進められてきた。金ナノプレートには，共鳴特性（分極方向や空間特性）の異なる複数のプラズモンモードが励起されることが知られているが，各モードの触媒能については未だ不明である。本研究では，貴金属ナノ構造体に励起されるプラズモンの共鳴特性とプラズモニック触媒特性の関係を明らかにすることを目的とする。液中で動作する近接場光学顕微鏡を開発し，それを用いてプラズモニック触媒として働く貴金属ナノ構造体の表面における電子状態を可視化することにより，触媒特性との関連を明らかにする。また，プラズモンの選択励起を利用してプラズモニック触媒を制御することを目指す。2022年度は，金ナノプレート近傍におけるプラズモニック触媒反応の空間特性の可視化に取り組んだ。光照射により還元され，蛍光性に変化する分子を金ナノプレート近傍に分散したものを試料として用いた。開口型近接場光学顕微鏡を用いて光を照射し，プレート近傍の蛍光観察を行った。また，プレートに励起されるプラズモンを可視化するため，白色光源を用いて近接場透過像を測定し，得られた近接場蛍光励起像との比較を行った。サイズや形状の異なる複数の金ナノプレートについて測定を行った結果，一部のプレートでは，プラズモンの空間特性に関連する蛍光励起像が得られた。この結果は，空間選択的なプラズモニック触媒反応の進行を示唆する。しかし，現時点では，触媒反応の進行による信号増大とプラズモンによる蛍光増強効果との切り分けが不十分であるという問題があり，今後改善を目指す。