金クラスター担持酸化物半導体に基づく光機能デバイスの開発

直径～2nm以下の金属クラスター(CL)は量子サイズ効果に基づき、離散した電子準位を持つ。そのため、電子遷移に基づいた可視光吸収や蛍光、磁性、触媒活性など、バルクや直径～3nm以上の金属ナノ粒子(NP)では見られなかった新しい物性を示す。CLの物性はそのサイズに依存することから、CLのサイズを制御する方法も検討されており、これまでに多分散なCLを加熱やエイジングによつて安定性の高い単一サイズのCLのみを残す方法や、電気泳動やクロマトグラフィーによってCLをサイズごとに分離する方法が提案されてきた。我々は、CLを担持したTiO2(CL/TiO2)に電子ドナーの存在下で可視光を照射すると、CLの励起電子がTiO2へ移動し、CLに生成した正電荷がドナーへ輸送される光誘起電荷分離が起こることを見出し、光電変換や光触媒として応用できることを示した。そこで、電子ドナーの非存在下でCL/TiO2に光照射を行うことで、生成した正電荷によりCLを酸化溶解し、サイズ制御を行うことを検討した。原子間力顕微鏡による観察の結果、TiO2単結晶上に吸着したAg32クラスターが480nmの単色光照射により酸化溶解することが明らかになり、照射時間によってCLサイズを制御できることがわかった。さらに、照射波長によってCLサイズを制御できることも示した。CLはサイズが大きいほど長波長の光を吸収するため、CL/TiO2に近赤外光を照射すると、CLが照射光を吸収しなくなるサイズにまで溶解すると考えられ、照射光波長を吸収端とするサイズのCLを生成できると予想した。CL/TiO2に>760nmの光を照射した結果、CLの>760nm以上の光吸収が失われ、サイズ減少が示唆された。さらに照射を続けてもCLの光吸1収端波長が変化しなかったことから、照射波長によってCLサイズを制御できたと考えられる。

直径～2nm以下の金属クラスター(CL)は量子サイズ効果に基づき、離散した電子準位を持つ。そのため、電子遷移に基づいた可視光吸収や蛍光、磁性、触媒活性など、バルクや直径～3nm以上の金属ナノ粒子(NP)では見られなかった新しい物性を示す。CLの物性はそのサイズに依存することから、CLのサイズを制御する方法も検討されており、これまでに多分散なCLを加熱やエイジングによつて安定性の高い単一サイズのCLのみを残す方法や、電気泳動やクロマトグラフィーによってCLをサイズごとに分離する方法が提案されてきた。我々は、CLを担持したTiO2(CL/TiO2)に電子ドナーの存在下で可視光を照射すると、CLの励起電子がTiO2へ移動し、CLに生成した正電荷がドナーへ輸送される光誘起電荷分離が起こることを見出し、光電変換や光触媒として応用できることを示した。そこで、電子ドナーの非存在下でCL/TiO2に光照射を行うことで、生成した正電荷によりCLを酸化溶解し、サイズ制御を行うことを検討した。原子間力顕微鏡による観察の結果、TiO2単結晶上に吸着したAg32クラスターが480nmの単色光照射により酸化溶解することが明らかになり、照射時間によってCLサイズを制御できることがわかった。さらに、照射波長によってCLサイズを制御できることも示した。CLはサイズが大きいほど長波長の光を吸収するため、CL/TiO2に近赤外光を照射すると、CLが照射光を吸収しなくなるサイズにまで溶解すると考えられ、照射光波長を吸収端とするサイズのCLを生成できると予想した。CL/TiO2に>760nmの光を照射した結果、CLの>760nm以上の光吸収が失われ、サイズ減少が示唆された。さらに照射を続けてもCLの光吸1収端波長が変化しなかったことから、照射波長によってCLサイズを制御できたと考えられる。