プラズモンカップリングに基づく局在電場増強効果を利用した光化学反応の開発

本研究では、金ナノ粒子のプラズモンカップリングに基づく局在電場増強反応場を内部に有するマイクロ流体デバイスを用いて、超効率的光化学反応の開発を目的として研究を行っている。Applied Physics Lettersにて報告済みである我々が独自に考案した溶媒蒸発と電気泳動を組み合わせた手法により、局在電場増強場を生み出す大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイを得ることに成功した。流体デバイスの一部となるマイクロ流路は、インプリント技術を用いたアクリル樹脂製のもの、簡易な転写技術によるシリコーン樹脂製のもの2種類の作製に成功し、大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイと組み合わせたマイクロ流体デバイスの作製を行った。アントラセンカルボン酸の光二量化反応をモデル反応として、局在電場増強反応場を有するマイクロ流体デバイスを用いて光反応の検討を行った結果、本来は可視光で進行しない反応が、二光子吸収過程に基づいて進行することを明らかにした。さらにApplied Physics Lettersにて報告したように粒子の大きさや粒子間距離で制御できる二次元配列化金ナノ粒子アレイの光吸収域、つまり電場増強する光の波長域と反応分子の光吸収域が一致しないと反応制御できないことも確認した。このことは、光吸収域を任意に制御できる本研究の実用性が明らかになったことを示している。さらに、本研究での鍵となる大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイが、その表面のアルキル基で構成される疎水空間により、分散状態の金ナノ粒子では為し得ない高効率な金触媒として機能することを見出した。この作用は、基質反応分子を表面アルキル基が疎水性相互作用により分子を包摂し、金ナノ粒子表面への接近を容易にするという天然金属酵素の分子認識類似の触媒機構によることが分かった。この結果を総括し、現在論文を投稿中である。

本研究では、金ナノ粒子のプラズモンカップリングに基づく局在電場増強反応場を内部に有するマイクロ流体デバイスを用いて、超効率的光化学反応の開発を目的として研究を行っている。Applied Physics Lettersにて報告済みである我々が独自に考案した溶媒蒸発と電気泳動を組み合わせた手法により、局在電場増強場を生み出す大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイを得ることに成功した。流体デバイスの一部となるマイクロ流路は、インプリント技術を用いたアクリル樹脂製のもの、簡易な転写技術によるシリコーン樹脂製のもの2種類の作製に成功し、大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイと組み合わせたマイクロ流体デバイスの作製を行った。アントラセンカルボン酸の光二量化反応をモデル反応として、局在電場増強反応場を有するマイクロ流体デバイスを用いて光反応の検討を行った結果、本来は可視光で進行しない反応が、二光子吸収過程に基づいて進行することを明らかにした。さらにApplied Physics Lettersにて報告したように粒子の大きさや粒子間距離で制御できる二次元配列化金ナノ粒子アレイの光吸収域、つまり電場増強する光の波長域と反応分子の光吸収域が一致しないと反応制御できないことも確認した。このことは、光吸収域を任意に制御できる本研究の実用性が明らかになったことを示している。さらに、本研究での鍵となる大面積二次元配列化金ナノ粒子アレイが、その表面のアルキル基で構成される疎水空間により、分散状態の金ナノ粒子では為し得ない高効率な金触媒として機能することを見出した。この作用は、基質反応分子を表面アルキル基が疎水性相互作用により分子を包摂し、金ナノ粒子表面への接近を容易にするという天然金属酵素の分子認識類似の触媒機構によることが分かった。この結果を総括し、現在論文を投稿中である。