気相反応による多成分ナノクラスターの合成とその顕微鏡観察ならびに光物性の解明

通过气相反应合成多组分纳米团簇、显微观察和光学性质的阐明

基本信息

批准号：
21750023
负责人：
長岡修平
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

気相クラスターの有する新奇な機能性を利用したナノデバイスの創成を目的し、単一組成のクラスターを固体表面上に集積・デザイン手法の開発ならびにそれらの機能性を評価する実験システムを考案してきた。固体基板としては金属基板をはじめ、可視光透過性の透明電極としてデバイスに広く使用されているITOならびに酸化スズといった金属酸化物の利用をも可能とした。デバイス製作するうえで、下地基板の多様性は極めて重要であり、これによりクラスターの有する磁気特性、光学特性さらには触媒特性を活かした多様なデバイスを創成するが可能となる。一方で、気相クラスターは生成量が極めて少なく、その検出には高感度化が強く望まれるため、表面増強分光法の開発も同時に行った。クラスター蒸着基板に対し、溶液中レーザー蒸発法にて合成した金ナノ粒子を予め塗布したところ、赤外吸収分光の増強効果が確認され、固体基板に担持した微量クラスターの高感度検出に成功した。さらに金ナノ粒子表面をチオール分子により保護することで、局所的なナノ粒子-クラスター間の化学的相互作用を低減することも可能とした。本研究で標的とした有機金属クラスターの機能性としては、磁気特性、光特性、さらには水素吸着特性が期待されているが、近年の再生可能エネルギー問題の重要性を加味し、本年度はクラスターの水素吸着特性に関して詳細な検証を行った。その結果、クラスターを構成する遷移金属の種類を変化させることで、水素の吸着量が劇的に変化することが見出され、さらにその吸着量は遷移金属の価電子数に大きく影響することを実験的に初めて立証することに成功した。

为了创建利用气相簇的新颖功能的纳米器件，我们开发了一种将单一成分的簇集成在固体表面上的设计方法，并设计了一个实验系统来评估其功能。作为固体基板，我们不仅可以使用金属基板，还可以使用ITO和氧化锡等金属氧化物，这些金属氧化物作为传输可见光的透明电极广泛应用于设备中。在制造器件时，基底的多样性非常重要，这使得可以创建各种利用簇的磁性、光学和催化特性的器件。另一方面，气相团簇的产生量极少，对其检测的灵敏度要求很高，因此我们同时开发了表面增强光谱。当将溶液内激光蒸发合成的金纳米粒子预涂覆在团簇沉积基底上时，证实了红外吸收光谱的增强效果，并成功实现了对固体基底上负载的少量团簇的高灵敏检测。此外，通过用硫醇分子保护金纳米粒子表面，还可以减少纳米粒子和簇之间的局部化学相互作用。本研究目标的有机金属簇的功能预计包括磁性能、光学性能，甚至对氢吸附性能进行了详细验证。结果发现，通过改变构成团簇的过渡金属的类型，氢吸附量发生巨大变化，并且氢吸附量对过渡金属的价电子数有很大影响。这在实验上首次得到成功证明。