フォトニック結晶と結合する局在プラズモンを用いた光アンモニア合成

使用与光子晶体耦合的局域等离子体激元合成光氨

• 批准号: 17H01041
• 负责人: 三澤 弘明
• 金额: $ 27.96万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H01041/
• 关键词: フォトニック結晶; 高効率太陽光発電材料・素子; プラズモン; 光アンモニア合成; 人工光合成

金ナノ微粒子が示す局在プラズモン共鳴を利用し、水を電子源として空中窒素からアンモニアを高効率に合成するためには、入射光を極めて高い効率で金ナノ微粒子に吸収させることが可能な光アノードの開発が必要不可欠である。前年度までに、可視光の閉じ込め機能を有する酸化チタン逆オパールフォトニック結晶中に局在プラズモン共鳴を示す金ナノ微粒子を担持させた光アノードの作製に成功している。平成30年度はフォトニック結晶のストップバンドモードとプラズモンモードをより強く結合させるため、フォトニック結晶中に担持する金ナノ微粒子のサイズや、空間分布を電気化学的手法を用いて制御する方法論の開発に取り組んだ。作製した酸化チタン逆オパールフォトニック結晶構造をカソードとし、それを塩化金酸を加えた電解質水溶液中に浸漬して電解還元により金ナノ微粒子をフォトニック結晶表面に担持した。定電流電解によって担持した金ナノ微粒子のサイズは数ナノメーターと小さく、局在プラズモンバンドがフォトニック結晶のストップバンドモードよりも短波長側に生じたため十分な強結合状態は得られなかった。大きな金ナノ微粒子を形成させて局在プラズモンモードをより長波長側に出現させるため、パルス電流を用いて電解還元を行ったところ、パルス形状により粒径が10数ナノメーターの金ナノ微粒子が生成し、フォトニック結晶のストップバンドモードとプラズモンモードのより強い強結合状態が形成することを見出した。一方、フォトニック結晶と同様に光閉じ込め効果を有するナノ共振器をn型半導体である酸化チタン薄膜とp型半導体である酸化ニッケル薄膜を接合させ、さらにその接合面に金ナノ微粒子を配置して形成させ、太陽電池構造を作製したところ、照射光波長によって電流の流れる向きが反転するスイッチ現象が現れることも見出し論文として報告した。

Gold ナ ノ particles が す bureau indicated in プ ラ ズ モ ン resonance を using し, water を electron source と し て air smothering element か ら ア ン モ ニ ア を high working rate に synthetic す る た め に は, incident light を め extremely high て い sharper rate で gold ナ ノ particles suction 収 に さ せ る こ と が may な light ア ノ ー ド の open 発 が need not owe で あ る. Before the annual ま で に, visible light の closed じ 込 め function を have す る acidification チ タ ン inverse オ パ ー ル フ ォ ト ニ ッ ク に bureau in the crystallization in プ ラ ズ モ ン resonance を shown す gold ナ ノ particles を bear hold さ せ た light ア ノ ー ド の cropping に successful し て い る. Pp.47-53 30 year は フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の ス ト ッ プ バ ン ド モ ー ド と プ ラ ズ モ ン モ ー ド を よ り strong く combining さ せ る た め, フ ォ ト ニ ッ ク に bear in crystallization す る gold ナ ノ particles の サ イ ズ や, space distribution を electric 気 chemical methods を with い て suppression す る methodology の open 発 に group take り ん だ. Cropping し た acidification チ タ ン inverse オ パ ー ル フ ォ ト ニ ッ ク crystal structure を カ ソ ー ド と し, そ れ を acid salt chemical gold を plus え た に in electrolyte aqueous solution impregnation し て electrolytic also yuan に よ り gold ナ ノ particles を フ ォ ト ニ ッ ク crystal surface に bear hold し た. Constant current electrolysis に よ っ て bear hold し た gold ナ ノ particles の サ イ ズ は number ナ ノ メ ー タ ー と small さ く, bureau in プ ラ ズ モ ン バ ン ド が フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の ス ト ッ プ バ ン ド モ ー ド よ り も short wavelength side に raw じ た た め very strong な combining state は too ら れ な か っ た. Big き な gold ナ ノ を particles formed さ せ て bureau in プ ラ ズ モ ン モ ー ド を よ り appeared long wavelength side に さ せ る た め, パ ル ス current を with い を line っ て electrolytic also yuan た と こ ろ, パ ル ス shape に よ り size が number 10 ナ ノ メ ー タ ー の gold ナ ノ が particles generated し, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の ス ト ッ プ バ ン ド モ ー ド と プ ラ ズ モ ン モ The state of ド is formed by the strong and strong combination of が, which results in する and とを. Side, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization と with others に light closed じ 込 め unseen fruit を have す る ナ ノ resonator を n-type semiconductor で あ る acidification チ タ ン film と p-type semiconductor で あ る acidification ニ ッ ケ ル film を joint さ せ, さ ら に そ の faying surface に gold ナ ノ particles を configuration し て form さ せ, solar cell structure を cropping し た と こ ろ, irradiation light wavelength に よ っ て electricity の flows れ る to き が inverse planning す る ス イ ッ チ phenomenon が now れ る こ と も shows し paper と し て report し た.

项目成果

Spectrally and Spatially Resolving the Near Field of Coupled Plasmonic Nanostructures by PEEM

利用 PEEM 对耦合等离子体纳米结构的近场进行光谱和空间解析

• 发表时间: 2017
• 作者: Quan Sun;Han Yu;Kosei Ueno;Atsushi Kubo;Yasutaka Matsuo and Hiroaki Misawa
• 通讯作者: Yasutaka Matsuo and Hiroaki Misawa

研究室ホームページ

实验室主页

Plasmon-induced photoenergy conversions

等离激元诱导的光能转换

• 发表时间: 2017
• 作者: 徐静;熊谷将吾;亀田知人;齋藤優子;髙橋憲史;林浩志;吉岡敏明;村田 雄二郎;田淵太一;Hiroaki Misawa
• 通讯作者: Hiroaki Misawa

Near-field spectral properties and ultrafast dynamics of coupling modes between localized surface plasmon and surface plasmon polariton Bloch wave

局域表面等离子体激元和表面等离子体激元布洛赫波之间耦合模式的近场光谱特性和超快动力学

• 发表时间: 2017
• 作者: Jinghuan Yang;Quan Sun;Han Yu;Kosei Ueno;Qihuang Gong;Hiroaki Misawa
• 通讯作者: Hiroaki Misawa

High light-absorbing plasmonic solar cells using localized surface plasmon and cavity of bilayer thin film

利用局域表面等离子体和双层薄膜空腔的高光吸收等离子体太阳能电池

• 发表时间: 2017
• 作者: Keisuke Nakamura;Tomoya Oshikiri;Kosei Ueno;Hiroaki Misawa
• 通讯作者: Hiroaki Misawa