多色光応答光電変換デバイス創出へ向けた半導体/金属電極の高機能化

提高半导体/金属电极的功能，用于创建多色光响应光电转换器件

• 批准号: 15H05988
• 负责人: 南本 大穂
• 金额: $ 0.92万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-08-28 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H05988/
• 关键词: プラズモン誘起電荷移動; 局在光電場; Auナノ構造体; 酸化チタン

多色光応答光電変換デバイス創出を志向し、導電性高分子の電解重合反応を用いたプラズモニック光電変換電極における反応メカニズムの解明を目的として研究を行った。酸化チタン表面にAuナノ構造体を修飾すると、Au近傍に誘起される局在プラズモン誘起により、本来酸化チタンが光応答を示さない波長領域で光電変換能が付与される。この系では、光照射に伴うプラズモン誘起により電子/正孔対が形成し、生成した電子が酸化チタンの伝導帯へと注入され、Au表面では正孔による酸化反応が進行することで光応答が発現すると考えられている。しかしながら、未だ電荷移動反応の詳細は明らかとなっておらず、半導体/金属電極の高機能化に向けては更なるブレイクスルーが求められている。本研究では、プラズモン誘起酸化反応により進行する導電性高分子であるポリピロールの酸化重合反応過程を詳細に観察することで、多色光応答光電変換デバイス創出へ向けた基礎的知見を得ることを目指した。トップダウン手法を用いて作製した種々のAuナノ構造体への近赤外光照射により重合析出したポリピロールを、走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等の種々の分析手法を用いて評価した。その結果、Au構造近傍に誘起されるプラズモン増強電場におけるポリピロールの選択的析出を確認し、Au構造と半導体界面付近の空間的活性サイトの特定に成功した。それと同時に、半導体/金属電極の電気化学電極電位を変調することで、電極表面上で誘起されるプラズモン誘起酸化反応において、半導体と金属界面に正孔が捕捉されることである種の反応活性準位が形成していることを実験的に明らかにした。本成果により得られた事実は、多色光子応答に基づく光エネルギー変換を可能とする系を構築するための基礎的知見であると言える。

该研究的目的是为了创建多色光发光转换设备，旨在使用导电聚合物的电聚合反应来阐明等离子光电转换电极的反应机理。修改氧化钛表面上的Au纳米结构可在波长区域中具有光电转化能力，在该波长区域中，氧化钛并不能自然表现出由于AU附近引起的局部等离子体引起的光响应。在该系统中，由于光照射引起的等离子引起的电子/孔对形成，并将产生的电子注入氧化钛的传导带中，并且被认为是由Au表面上的孔引起的氧化反应产生的。但是，尚未揭示电荷转移反应的细节，并且需要进一步的突破来改善半导体/金属电极的功能。在这项研究中，我们旨在通过详细观察多吡咯的氧化聚合过程（一种导电聚合物，它通过等离子体体诱导的氧化反应而进行，旨在通过详细观察到氧化聚合过程，以创建基本知识来创建多色光电转换设备。使用各种分析技术（例如扫描电子显微镜和原子力显微镜）评估了在使用自上而下技术制备的各种AU纳米结构上通过近红外照射进行聚合和沉淀的聚聚合。结果，确认了在AU结构附近引起的等离子增强电场中多吡咯的选择性沉淀，并确认了AU结构和半导体界面附近的空间活性位点。同时，通过实验表明，通过调节半导体/金属电极的电化学电极电位，形成了一种反应活性水平，这是在Plasmon诱导的氧化反应中诱导的电极表面上的氧化反应中半导体 - 金属界面处的孔的捕获。从该结果获得的事实可以说是构建一个基于多色光子响应的光能转换的系统的基本知识。

项目成果

Fabrication of 3D Micro/Nano-Polymer and Metal Structures in Room-Temperature Ionic Liquid by Electron Beam Irradiation

电子束辐照在室温离子液体中制备 3D 微/纳米聚合物和金属结构

• 发表时间: 2015
• 作者: H. Minamimoto;H. Irie;T. Uematsu;T. Tsuda;A. Imanishi;S. Seki;S. Kuwabata
• 通讯作者: S. Kuwabata

色素励起子―プラズモン強結合状態の電気化学in-situ表面増強ラマン散乱評価

染料激子-等离子体强耦合态的电化学原位表面增强拉曼散射评估

• 发表时间: 2016
• 作者: 加藤郁也;脇坂優美;南本大穂;村越 敬
• 通讯作者: 村越 敬

局在プラズモン電場による室温分子トラッピング

局域等离子体电场的室温分子捕获

• 发表时间: 2015
• 作者: 脇坂優美;南本大穂;村越 敬
• 通讯作者: 村越 敬

電気化学制御下における色素励起子―プラズモン強結合系のin-situラマン分光評価

电化学控制下强耦合染料激子-等离子体系统的原位拉曼光谱评估

• 发表时间: 2016
• 作者: 加藤郁也;脇坂優美;南本大穂;村越 敬
• 通讯作者: 村越 敬

Auナノ粒子積層構造による酸化チタン電極の可視光電変換能制御

利用Au纳米颗粒堆叠结构控制氧化钛电极的可见光光电转换能力

• 发表时间: 2016
• 作者: 安田健介;戸田貴大;X. Li;南本大穂;保田 諭;村越 敬
• 通讯作者: 村越 敬