Development and elucidation of highly efficient photoreaction systems using a strong coupling between nanocavity and plasmon

点击翻译按钮获取中文摘要

１）強結合電極を用いた水の光分解反応のさらなる高効率化を目指し、強結合電極の結合強度が反応効率に与える影響を検討した。酸化チタン/金フィルムによって構成されるナノ共振器上に従来の金ナノ粒子よりも振動子強度が大きな金－銀合金ナノ粒子を搭載すると、結合強度が著しく増大することを明らかにした。さらに、本合金強結合電極を光アノードとして水を電子源とする光電流の計測より光電変換効率を求めると、上枝ピーク付近では金ナノ粒子に比べて2.4倍増強することが示された。さらに、過渡吸収計測により金－銀合金ナノ粒子から酸化チタンへの電子注入効率が金ナノ粒子より増強されることを明らかにし、これが光電変換効率増強の一つの要因であることを示した。これらの知見は、強結合電極のさらなる性能向上のための設計に活用できる極めて有益な情報である。２）我々は、n型半導体の酸化チタンを用いて光アノードとしての強結合電極の展開を図り、水の光酸化反応の高効率化を進めてきた。一方、水の還元による水素発生や、空中窒素固定によるアンモニア合成などは、より高い還元力を有する光カソードの構築が求められる。プラズモンを用いた光カソードも報告されているが、光電変換効率は（1/10000）％オーダーと極めて低い。そこで、p型半導体酸化ニッケル/白金フィルムによって構成されるナノ共振器上に金ナノ粒子を配置し、強結合電極の作製に成功した。これを光カソードとして水をプロトン源とする光電流を計測し、光電変換効率を求めたところピーク値が約0.2%となり従来のプラズモン光カソードに比べ約3桁増強できることを明らかにした。３） 金ナノ粒子/酸化チタン/金フィルムからなる強結合基板を表面増強ラマン散乱計測に用いたところ、プラズモン間に量子コヒーレント相互作用が存在し、それによりラマン信号の空間的不均一性が大きく低減されることを見出した。