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

基于金簇负载氧化物半导体的光学功能器件的开发

基本信息

批准号：
11J09522
负责人：
古郷敦史
金额：
$ 1.22万
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

直径高达2nm或更少的金属簇（CL）基于量子尺寸效应具有离散的电子水平。因此，在散装或金属纳米颗粒（NP）中未发现新的物理特性，例如可见光吸收，荧光，磁性和基于电子过渡的催化活性，直径高达3 nm。由于CL的物理特性取决于其大小，因此已经研究了控制CL的大小的方法，并且已经提出了仅通过加热或衰老来保留具有较高稳定性的单尺寸CL的方法，并提出了通过电泳或色谱分离CLS的方法。我们发现，当携带Cl的TiO2（Cl/TiO2）在存在电子供体的情况下用可见光照射时，CL的激发电子被转移到TiO2中，并发生光诱导的电荷分离，将CL中产生的阳性电荷转运到供体中，并且可以用作光电极转换或光电催化剂。因此，我们研究了通过在没有电子供体的情况下用光照射Cl/TiO2，由于产生的正电荷而导致的CL氧化和溶解Cl，并进行了尺寸控制。使用原子力显微镜进行观察表明，吸附在TiO2单晶上的AG32簇被氧化并通过480 nm单色光照射溶解，并且CL大小可以通过辐照时间控制。还显示CL大小可以通过辐照波长控制。由于Cl的大小较大会吸收更长的波长，因此人们认为，当Cl/TiO2被近红外光照射时，它将溶解至将不再吸收辐照光的大小，并且我们预测该Cl具有辐照光波长，因为可以产生吸收边缘，因此可以产生辐照的光波长。用> 760 nm的光照射Cl/TiO2，Cl降低> 760 nm，并建议尺寸降低。此外，由于吸收Cl的一端的光的波长即使在辐照后也不会改变，因此人们认为CL大小可以通过辐照波长控制。