金クラスター担持酸化物半導体に基づく光機能デバイスの開発

基于金簇负载氧化物半导体的光学功能器件的开发

基本信息

批准号：
11J09522
负责人：
古郷敦史
金额：
$ 1.22万
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

直径～2nm以下の金属クラスター(CL)は量子サイズ効果に基づき、離散した電子準位を持つ。そのため、電子遷移に基づいた可視光吸収や蛍光、磁性、触媒活性など、バルクや直径～3nm以上の金属ナノ粒子(NP)では見られなかった新しい物性を示す。CLの物性はそのサイズに依存することから、CLのサイズを制御する方法も検討されており、これまでに多分散なCLを加熱やエイジングによつて安定性の高い単一サイズのCLのみを残す方法や、電気泳動やクロマトグラフィーによってCLをサイズごとに分離する方法が提案されてきた。我々は、CLを担持したTiO2(CL/TiO2)に電子ドナーの存在下で可視光を照射すると、CLの励起電子がTiO2へ移動し、CLに生成した正電荷がドナーへ輸送される光誘起電荷分離が起こることを見出し、光電変換や光触媒として応用できることを示した。そこで、電子ドナーの非存在下でCL/TiO2に光照射を行うことで、生成した正電荷によりCLを酸化溶解し、サイズ制御を行うことを検討した。原子間力顕微鏡による観察の結果、TiO2単結晶上に吸着したAg32クラスターが480nmの単色光照射により酸化溶解することが明らかになり、照射時間によってCLサイズを制御できることがわかった。さらに、照射波長によってCLサイズを制御できることも示した。CLはサイズが大きいほど長波長の光を吸収するため、CL/TiO2に近赤外光を照射すると、CLが照射光を吸収しなくなるサイズにまで溶解すると考えられ、照射光波長を吸収端とするサイズのCLを生成できると予想した。CL/TiO2に>760nmの光を照射した結果、CLの>760nm以上の光吸収が失われ、サイズ減少が示唆された。さらに照射を続けてもCLの光吸1収端波長が変化しなかったことから、照射波長によってCLサイズを制御できたと考えられる。

直径约为 2 nm 或更小的金属簇 (CL) 具有基于量子尺寸效应的离散电子能级。因此，它们表现出在块状金属纳米颗粒（NP）或直径~3 nm或更大的金属纳米颗粒（NP）中未曾见过的新物理特性，例如基于电子跃迁的可见光吸收、荧光、磁性和催化活性。由于CL的物理性质取决于其尺寸，因此人们研究了控制CL尺寸的方法，并且迄今为止，已经提出了通过加热或老化多分散CL来仅生产单一尺寸的高度稳定的CL的方法。保留哪些 CL，以及使用电泳或色谱法按大小分离 CL 的方法。我们发现，当负载 CL 的 TiO2（CL/TiO2）在电子供体存在下受到可见光照射时，CL 的激发电子移动到 TiO2，并且 CL 上产生的正电荷被传输到供体。发生电荷分离，表明其可应用于光电转换和光催化剂。因此，我们考虑通过在没有电子供体的情况下用光照射CL/TiO2并利用产生的正电荷氧化和溶解CL来控制CL的尺寸。使用原子力显微镜观察的结果表明，通过480nm单色光照射，吸附在TiO2单晶上的Ag32簇被氧化并溶解，并且发现可以通过照射时间来控制CL尺寸。此外，我们还发现 CL 尺寸可以通过照射波长来控制。 CL的尺寸越大，越能吸收较长波长的光，因此当用近红外光照射CL/TiO2时，认为CL会溶解到不再吸收照射光的尺寸，并且我们预测，照射光的波长将是吸收限，可以产生相同尺寸的 CL。当 CL/TiO2 用 >760 nm 的光照射时，CL 在 >760 nm 以上的光吸收消失，表明尺寸减小。由于即使进一步照射CL的光吸收端波长也没有变化，因此认为可以通过照射波长来控制CL尺寸。