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

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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。