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Real-space investigation of photoexcited energy transfer processes in the assembly of semiconductor nanoparticles

半导体纳米颗粒组装中光激发能量转移过程的实空间研究

基本信息

批准号：
18J20894
负责人：
秋田郁美
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アニオン性粘土鉱物ナノシートをホスト、カチオン性有機分子をゲストとした静電相互作用による集合構造では、これまで分光測定から平均的な構造が理解されてきた。当グループでは電子顕微鏡観察による原子・分子スケールでの構造解析を目指し、単層粘土鉱物ナノシートおよび有機分子―粘土鉱物ナノシート集合構造の環状暗視野走査型透過電子顕微鏡(ADF－STEM; Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy)観察を初めて達成した(J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 3357-3361, J. Phys. Chem. C 2021,125, 4917-4923.)。白金マーカーを有するポルフィリン―粘土鉱物ナノシート集合構造のADF－STEM観察では、粘土鉱物ナノシートの周期的なパターンと白金マーカー由来の輝点が観察され、ナノシート上での分子相対配置を直接観察から初めて決定した。一般的な固体表面への物理吸着と比較して、本系では複数電荷間の多重な静電相互作用によってナノシート上に分子を固定することで、安定な電子顕微鏡観察が達成されたと考えられる。さらに、異なる原子番号のマーカーを有する2種の有機分子と粘土鉱物ナノシートとの集合構造を用いて、ADFコントラストによる分子種の識別と配置配置の可視化に成功した。本研究で示した、複数電荷間の静電相互作用による固体平面上への有機分子の固定は、粘土鉱物に限らず様々な支持体―分子の組み合わせに適用可能であり、半導体ナノ粒子集合構造を含む超分子的な相互作用による集合構造の電子顕微鏡観察を推し進めるものである。電子顕微鏡観察結果と従来の分光測定から得られる平均的な光化学反応および構造理解の両方を指針とすることで、より精密で体系的な材料設計に貢献する。

The aggregate structure of the organic molecules in the clay matrix was determined by spectrophotometry. When Electron Microscopy is used to investigate atomic, molecular, and molecular structures, the structure analysis of single-layer clay and organic molecule-clay aggregates is carried out (J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 3357-3361, J. Phys. Chem. C 2021,125, 4917-4923.)。ADF-STEM observation of the aggregate structure of platinum and clay compounds; direct observation of the molecular phase configuration of platinum and clay compounds; and determination of the molecular phase configuration of platinum and clay compounds. In general, physical adsorption on solid surfaces is a complex electrostatic interaction between multiple charges, resulting in stable electron microscopy. The identification and configuration of two kinds of organic molecules and clay molecules were successfully visualized in the assembly structure and ADF structure. This study shows that the electrostatic interaction between multiple charges on solid plane, the immobilization of organic molecules, the confinement of clay particles, the possible application of support-molecule assembly, the aggregation structure of semiconductor particles, the interaction of supramolecules, the electron microscopy and the further development of electron microscopy. The results of electron microscopy and spectroscopy have contributed to the average photochemical reaction and structural understanding of materials design.