量子井戸を用いたプラズモンーエキシトン結合場の制御と化学反応への応用

利用量子阱控制等离子体激子耦合场及其在化学反应中的应用

基本信息

批准号：
22K05036
负责人：
奥山弘
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05036/
关键词：
走査トンネル顕微鏡プラズモンエキシトン

项目摘要

固体表面で進行する化学反応過程を理解することは，より効果的な触媒開発と，それに伴う効率的な物質生産の重要な要素である．特に，環境問題，エネルギー問題に関連して，光エネルギーを有効に利用する方法を提案，実証することは持続社会に向けた基盤となる。本研究では，半導体表面に作製した2次元金属に着目し，その低次元特有の電子状態が発現するプラズモン-量子井戸発光結合を化学反応へ適用する。従来の色素分子などを用いる研究とは異なり，原子レベルでメカニズムを調べることが可能であり，さらに共鳴波長の制御による反応収率の増大や熱反応では達成できない高エネルギー反応が期待できる。光エネルギーを効率的に化学反応の駆動力に変換するひとつの方法として，その可能性を検討する。具体的な内容としてまず、シリコン表面にインジウム薄膜に局在する量子井戸状態を作製し、状態間の遷移と走査トンネル顕微鏡の探針に誘起されるプラズモンとの相互作用を観測する。次に薄膜の膜厚を原子層レベルで制御することで量子井戸のエネルギーを変調し，これにより膜厚による相互作用の制御を達成する。このようにして励起されたプラズモンの脱励起過程において生成されるホット電子を化学反応へと応用することが目標である。最終的には薄膜上に銀ナノ粒子を配列し，ナノ粒子による局在プラズモンとの相互作用を利用することで，外部光エネルギーを化学反応に変換することを目標とする。

了解固体表面上进行的化学反应过程是开发更有效的催化剂和相关的材料高效生产的重要因素。特别是，在环境和能源问题上提出和示范有效利用光能的方法将构成可持续社会的基础。在这项研究中，我们专注于在半导体表面上制造的二维金属，并将等离子体量子阱发光耦合应用于化学反应，其中表达了独特的低维电子态。与使用染料分子的传统研究不同，可以在原子水平上研究机制，还可以通过控制共振波长来提高反应产率，并实现热反应无法实现的高能反应。我们将研究这种方法的可能性，将光能有效地转化为化学反应的驱动力。具体来说，我们将首先在硅表面的铟薄膜中创建局域化的量子阱态，并观察态之间的转变以及与扫描隧道显微镜尖端诱导的等离子体激元的相互作用。接下来，通过在原子层水平上控制薄膜的厚度，调制量子阱的能量，从而实现通过膜厚控制相互作用。目标是将这种方式激发的等离子体激元去激发过程中产生的热电子应用于化学反应。最终目标是将银纳米粒子排列在薄膜上，并利用纳米粒子与局域等离子体的相互作用将外部光能转化为化学反应。