Plasmonic nanoparticle formation dynamics at liquid-solid interface

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本研究では、金属ナノ粒子生成における新たな反応場として界面に着目し、その生成ダイナミクスを実時間観測することによって界面の持つ特異性がナノ粒子生成の反応場としてどのように機能するかを明らかにする。界面ダイナミクス計測に先立ち、測定手法として用いる過渡回折格子（TG）法をバルク水溶液中の銀ナノ粒子生成反応に適用し、拡散係数の時間変化から中間体となる化学種や中間体の反応速度を調べた。ベンゾフェノンによる銀イオンの光還元後に起こる銀ナノ粒子生成過程をTG測定により観測した結果、還元によって生じた銀原子が会合過程を介して複数のカチオンクラスターを逐次的に生成することを明らかにした。さらに、その後の銀ナノ粒子生成過程は、流体力学直径2nm程度の微小ナノ粒子から起こることを明らかにし、銀ナノ粒子生成の核に類似したサイズの化学種を特定することに成功した。このカチオン性クラスターが関与する銀ナノ粒子生成速度は、溶液中のイオン強度を増大させることで促進され、保護剤となる配位子を加えた場合には配位子の種類によって促進・抑制されることを明らかにした。また、得られるTG信号の時間変化の解析に、減衰時間の分布を得る方法として用いられる最大エントロピー法を導入し、TG法を用いて金ナノ粒子分散溶液における流体力学直径の分布を得ることに成功した。同様の解析法は過渡的に生成化学種のサイズが時間変化する信号にも適用できることが確認され、本質的にサイズ分散を伴うナノ粒子系に対して有効な解析法となることを実証した。