無機系マルチカラーフォトクロミック材料の研究

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酸化チタン-銀ナノ粒子系は、様々な色を表示できる多色フォトクロミズム現象を示す。この現象は、光励起した電子がアクセプターへ移動する、金属ナノ粒子の酸化反応によって起こる。しかしながら、ナノ粒子の化学変化を伴わない電子-ホールの電荷分離はまだ報告されていない。そこで、本研究では、多孔質性の酸化チタンに担持した金や銀のナノ粒子の、プラズモン誘導電荷分離について研究を行った。ここでは、プラズモンによって励起され、金属微粒子表面で振動している電子を外部回路に取り出せることを見いだした。これに基づき、酸化還元活性種存在下における、酸化チタン-金ナノ粒子の、開回路光電位や閉回路光電流のアクションスペクトルを測定したところ、吸収スペクトルと一致することを見いだした。電解液の種類、それに加える電子ドナーや添加物などを最適化した結果、閉回路光電流から求めた光子-電流変換効率は、最大26%であった。また、メカニズムを調べた結果、プラズモン共鳴に基づいて光励起された金ナノ粒子から酸化チタンへの電子移動と、電解液中の電子ドナーから金ナノ粒子への電子移動が起こることにより、電荷分離が起こることがわかった。ドナーとしては、鉄(II)イオン、フェロシアン化物イオン、フェロセン誘導体などのほか、メタノール、エタノール、アルデヒド、グルコースなどの有機物も使用できることがわかった。これらのことから、金属ナノ粒子-酸化チタン系は、新しい可視光応答型光触媒としても機能することがわかった。