銀ナノ粒子－酸化チタン複合系における多色フォトクロミズムの機構解明と機能改善

银纳米颗粒-二氧化钛复合体系多色光致变色的机理阐明和功能改进

基本信息

批准号：
10J07956
负责人：
田邉一郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

銀ナノ粒子一酸化チタン複合系の機構解明と機能改善を目的として、酸化チタン上に析出させた銀ナノ粒子の光電気化学的性質・挙動の観察と、サイズを制御した銀ナノ粒子の析出を行った。酸化チタン基板上の1つの球状銀ナノ粒子からの散乱スペクトルは、約460nmと620nmの2か所にピークを持ち、1つの粒子が2つの局在表面プラズモン共鳴モード(LSPRモード)を示すことが分かった。FDTD法によるシミュレーションから、短波長側のピーク波長では電場が銀ナノ粒子の周囲全体に広がり(Full-surface mode)、長波長側では銀と酸化チタンの界面に電場が局在化(Interface mode)していることが分かった。これは、銀が高い誘電率を持つ酸化チタンと接することで、Interface modeが大きくレッドシフトし、Full-surface modeから分離されるためである。次に、それぞれの共鳴波長の光を照射して各modeを励起したところ、それぞれの励起したmodeに由来する散乱光強度が選択的に減少した。すなわち、光照射前にはFu11-surface modeに由来する緑色の光と、Interface modeに由来する赤色の光が散乱されて橙色に観察されていた散乱光が、Fu11-surface modeを励起(450-500nm照射)後には赤色(Fun-surface modeに由来する緑色の散乱光強度が減少)に、Interface modeを励起(600-700nm照射)後には緑色(Interface modeに由来する赤色の散乱光強度が減少)に変化した。さらに、両モードを同時に励起(450-700nm照射)したところ、全ての波長域の散乱光強度が減少し、散乱光の色は暗色となった。このように光照射波長を変えて2つのLSPR modeを選択的に励起することで、単一銀ナノ粒子の散乱光の色を燈色から赤・緑・暗色と複数の色に変えることに成功した。このように、球状銀ナノ粒子を酸化チタンに担持させることで、Full-surface modeとInterface modeの2つのLSPR modeを分離し、各modeを選択的に励起することでそれぞれ粒子のサイズと形態を変化させ、単一銀ナノ粒子によるマルチカラー変化を達成した。この研究成果は、アメリカ化学会(ACS)の著名な学術雑誌「Nano Lett.」において報告した。

为了阐明银纳米粒子一氧化钛复合体系的机理并提高其功能，我们观察了沉积在氧化钛上的银纳米粒子的光电化学性质和行为，并研究了银纳米粒子的尺寸控制沉积。二氧化钛基底上的一个球形银纳米粒子的散射光谱在大约 460 nm 和 620 nm 处有两个峰，表明一个粒子表现出两种局域表面等离子体共振模式（LSPR 模式）。使用FDTD方法进行的模拟表明，在短波长侧的峰值波长处，电场围绕整个银纳米颗粒扩散（全表面模式），而在长波长侧，电场集中在银与纳米颗粒之间的界面处。和氧化钛（界面模式）。这是因为当银与具有高介电常数的氧化钛接触时，界面模式会发生较大的红移并与全表面模式分离。接下来，当通过照射各共振波长的光来激发各模式时，来自各激发模式的散射光的强度选择性地降低。换句话说，在光照射之前，源自Fu11表面模式的绿光和源自界面模式的红光被散射，并且观察到散射光呈橙色，这激发了Fu11表面模式（450-界面模式激发（600-700nm照射）后，颜色变为红色（来自Fun-surface模式的绿色散射光强度降低），界面模式激发（600-700nm照射）后，颜色变为红色红色（接口源自模式的红色散射光的强度降低）。此外，当两种模式同时激发（450-700 nm照射）时，所有波长范围内的散射光强度均降低，散射光颜色变暗。通过以这种方式改变光照射波长来选择性地激发两种局域表面等离子体共振模式，我们成功地将单个银纳米颗粒的散射光颜色从浅色变为多种颜色，包括红色、绿色和深色。这样，通过在氧化钛上负载球形银纳米颗粒，我们可以分离全表面模式和界面模式两种LSPR模式，并选择性地激发每种模式来控制颗粒尺寸和形貌，从而用单一银实现了多种颜色的变化。纳米粒子。该研究成果发表在美国化学会（ACS）著名学术期刊《Nano Lett.》上。