新奇可視プラズモニックC1型合金材料の合成と評価

新型可见等离子体C1型合金材料的合成与评价

• 批准号: 20J15759
• 负责人: 竹熊 晴香
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15759/
• 关键词: 可視プラズモニクス; 局在表面プラズモン共鳴; 無機ナノ粒子; 金属間化合物; 規則合金

局在表面プラズモン共鳴（LSPR）は近年注目を集めている光学現象であり、太陽電池や光触媒などへの応用が広く試みられている。本研究では、C1（CaF2）型の合金ナノ粒子を中心に、可視プラズモニック合金ナノ材料の結晶構造がLSPR特性にもたらす影響の解明を目指した。2021年度も継続してC1-PtIn2ナノ粒子の合成を検討した。液相分散状態のPtIn2ナノ粒子の合成報告はこれまでになかったが、Pt種粒子を用いた二段階の合成法により、良分散性のC1-PtIn2ナノ粒子の合成に成功し、粒径制御と単分散化を達成した。また、紫外可視分光法や電子エネルギー損失分光法から、合成したC1-PtIn2ナノ粒子が551 nm（2.25 eV）付近にLSPRによる吸収極大をもつことを示した。加えて、LSPRの特徴的な性質として、分散媒の屈折率増加やナノ粒子の粒径の増大に伴う吸収極大波長の長波長シフト、表面増強ラマン散乱によるターゲット分子からのシグナル増強を確認した。以上から本研究では、C1型の合金ナノ粒子においても顕著なLSPRが可視域で発現することを実証した。共同研究者と進めている理論計算によるアプローチでは、構成原子数600程度の大きなクラスターを構造モデルとした実時間・実空間の第一原理計算を行い、光励起電子ダイナミクスを調べた。その結果、結晶構造（原子の配位環境や組成）や束縛電子の外部電場への応答のしやすさ（束縛電子の束縛の度合い、電子構造に依存）がLSPR波長の決定に寄与することが強く示唆された。結晶構造がLSPR特性にもたらす影響をより深く解明するには、LSPR特性を決定する効果の定量化や、他の合金ナノ粒子の合成、計算による同様の検討の蓄積が必要であるものの、合金ナノ粒子のプラズモニクスは未開拓の学問領域であり、今回得られた成果はプラズモニクスの発展に寄与するものであると考える。

局域表面等离子体共振（LSPR）是近年来备受关注的光学现象，其在太阳能电池、光催化剂等方面的应用正在被广泛尝试。在本研究中，我们旨在阐明可见等离子体合金纳米材料的晶体结构对局域表面等离子体共振性能的影响，重点关注C1（CaF2）型合金纳米颗粒。 2021年，我们继续研究C1-PtIn2纳米粒子的合成。虽然目前还没有液相分散状态下合成PtIn2纳米颗粒的报道，但我们利用Pt种子颗粒通过两步合成方法成功合成了分散性良好的C1-PtIn2纳米颗粒，并且可以控制颗粒尺寸并实现单分散。此外，紫外可见光谱和电子能量损失光谱表明，合成的 C1-PtIn2 纳米粒子在 551 nm（2.25 eV）附近具有局域表面等离子体共振最大吸收。此外，作为局域表面等离子体共振的特征，我们确认了分散介质的折射率增加、纳米颗粒粒径增大导致的最大吸收波长向更长波长的移动以及信号的增强。由于表面增强拉曼散射而从目标分子中分离出来。基于上述，本研究表明，即使在 C1 型合金纳米粒子中，在可见光范围内也会发生显着的局域表面等离子体共振。在我们与合作研究人员共同进行的一种基于理论计算的方法中，我们使用包含约 600 个原子的大型团簇作为结构模型，在实时和真实空间中进行了第一性原理计算，以研究光激发电子动力学。因此，晶体结构（原子配位环境和组成）以及束缚电子响应外部电场的难易程度（取决于束缚电子和电子结构的结合程度）强烈建议有助于确定局域表面等离子体共振波长。为了更深入地阐明晶体结构对局域表面等离子体共振性能的影响，有必要量化决定局域表面等离子体共振性能的影响，合成其他合金纳米粒子，并通过计算积累类似的研究，粒​​子等离子体激元是一个尚未探索的学术领域。这里获得的结果将有助于等离激元学的发展。

项目成果

可視LSPRを発現する擬貨幣金属規則合金ナノ粒子の設計・合成

具有可见局域表面等离子体共振的准货币金属有序合金纳米粒子的设计与合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 両角潤樹;久山智弘;鬼頭聖弥;占部継一郎;江利口浩二;長谷 憲一郎;久山智弘，占部継一郎，江利口浩二;竹熊晴香
• 通讯作者: 竹熊晴香

擬貨幣金属合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性

伪硬币金属合金纳米颗粒的合成及其等离子体特性

• 发表时间: 2020
• 作者: 辻 史香;奈須 滉;作田 敦;辰巳砂 昌弘;林 晃敏;竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，寺西利治
• 通讯作者: 竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，寺西利治

C1-PtIn2規則合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性

C1-PtIn2有序合金纳米粒子的合成及等离子体特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 久山智弘;占部継一郎;江利口浩二;竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，信定克幸，寺西利治
• 通讯作者: 竹熊晴香，佐藤良太，飯田健二，川脇徳久，治田充貴，倉田博基，信定克幸，寺西利治

Synthesis and plasmonic properties of C1-ordered PtIn2 alloy nanoparticles

C1有序PtIn2合金纳米粒子的合成及等离子体特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruka Takekuma;Ryota Sato;Kenji Iida;Tokuhisa Kawawaki;Mitsutaka Haruta;Hiroki Kurata;Toshiharu Teranishi
• 通讯作者: Toshiharu Teranishi

C1-PtIn2規則合金ナノ粒子の合成とプラズモン特性 (Synthesis and Plasmonic Properties of C1-ordered PtIn2 Nanoalloys)

C1 有序 PtIn2 纳米合金的合成及等离子体性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 竹熊晴香;佐藤良太;飯田健二;川脇徳久;治田充貴;倉田博基;寺西利治
• 通讯作者: 寺西利治