銀ナノ粒子－酸化チタン複合系における多色フォトクロミズムの機構解明と機能改善

银纳米颗粒-二氧化钛复合体系多色光致变色的机理阐明和功能改进

基本信息

批准号：
10J07956
负责人：
田邉一郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

銀ナノ粒子一酸化チタン複合系の機構解明と機能改善を目的として、酸化チタン上に析出させた銀ナノ粒子の光電気化学的性質・挙動の観察と、サイズを制御した銀ナノ粒子の析出を行った。酸化チタン基板上の1つの球状銀ナノ粒子からの散乱スペクトルは、約460nmと620nmの2か所にピークを持ち、1つの粒子が2つの局在表面プラズモン共鳴モード(LSPRモード)を示すことが分かった。FDTD法によるシミュレーションから、短波長側のピーク波長では電場が銀ナノ粒子の周囲全体に広がり(Full-surface mode)、長波長側では銀と酸化チタンの界面に電場が局在化(Interface mode)していることが分かった。これは、銀が高い誘電率を持つ酸化チタンと接することで、Interface modeが大きくレッドシフトし、Full-surface modeから分離されるためである。次に、それぞれの共鳴波長の光を照射して各modeを励起したところ、それぞれの励起したmodeに由来する散乱光強度が選択的に減少した。すなわち、光照射前にはFu11-surface modeに由来する緑色の光と、Interface modeに由来する赤色の光が散乱されて橙色に観察されていた散乱光が、Fu11-surface modeを励起(450-500nm照射)後には赤色(Fun-surface modeに由来する緑色の散乱光強度が減少)に、Interface modeを励起(600-700nm照射)後には緑色(Interface modeに由来する赤色の散乱光強度が減少)に変化した。さらに、両モードを同時に励起(450-700nm照射)したところ、全ての波長域の散乱光強度が減少し、散乱光の色は暗色となった。このように光照射波長を変えて2つのLSPR modeを選択的に励起することで、単一銀ナノ粒子の散乱光の色を燈色から赤・緑・暗色と複数の色に変えることに成功した。このように、球状銀ナノ粒子を酸化チタンに担持させることで、Full-surface modeとInterface modeの2つのLSPR modeを分離し、各modeを選択的に励起することでそれぞれ粒子のサイズと形態を変化させ、単一銀ナノ粒子によるマルチカラー変化を達成した。この研究成果は、アメリカ化学会(ACS)の著名な学術雑誌「Nano Lett.」において報告した。

为了澄清机制并改善一氧化钛合金复合系统钛的功能，我们观察到沉积在氧化钛上的银纳米颗粒的光电化学性质和行为，以及具有控制尺寸的沉淀银纳米颗粒。发现从一个球形银纳米颗粒上的氧化钛底物上的散射光谱具有两个峰，约460 nm和620 nm，一个粒子表现出两个局部表面等离子体共振模式（LSPR模式）。使用FDTD方法的仿真表明，在短波长侧的峰值波长下，电场在银纳米颗粒的整个周围环境（全曲面模式）（全面表面模式）中扩散，在长波长侧，电场位于银和氧化钛之间的界面上。这是因为银触点具有高介电常数的氧化钛，导致界面模式下的红色偏移，并将其与全表面模式分开。接下来，当每个模式被每个谐振波长的光照射时，选择性地降低了从各个激发模式中得出的散射光强度。也就是说，在光照射之前，在橙色中观察到的散射光散布在从fu11表面模式中得出的绿光和从界面模式得出的红光，但是在FU11表面模式激发后（450-500 nm的辐射）（450-500 nm的辐射），它变为红色的（在Fun-surface降低）的强度（在Fun-cerface降低的情况下），兴奋的绿色光的强度）（兴奋的兴趣），这些模式的兴奋性 - 兴奋的是偶然的效果。 nm），它更改为绿色（从接口模式衍生的红光的强度降低）。此外，当两种模式同时激发（以450-700 nm的辐射）时，所有波长范围的散射光强度降低，并且散射的光变黑。通过以这种方式改变光照射波长，选择性启发了两种LSPR模式，我们成功地将单个银纳米颗粒的散射光从光线变为红色，绿色和深色。因此，通过在氧化钛上携带球形银纳米颗粒，分离了两种LSPR模式，全面表面模式和界面模式，并通过选择性地激发每种模式，可以通过单银纳米颗粒来改变颗粒的大小和形态。这项研究是在著名的学术杂志《纳米·莱特》中报道的。美国化学学会（ACS）。