坂本雅典 化学研究所准教授、寺⻄利治 同教授らの研究グループは、⾚外域にLSPRを⽰すヘテロ構造ナ ノ粒⼦を合成し、新しい機構に基づくプラズモン誘起電荷移動を発見することに成功しました。⾚外光に応答する光触媒など、⾰新的な光-エネルギー変換材料への応⽤が期待される成果です。
本研究は、2018年6月13日に英国の科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究では、LSPRを示す硫化銅ナノ粒子と硫化カドミウムナノ粒子を連結したヘテロ構造ナノ粒子を合成し、プラズモン誘起電荷移動過程を過渡吸収スペクトル測定により明らかにしました。この結果、今までに報告されてない新しいプラズモン誘起電荷分離機構を発見することに成功しました。今後は、今回発見された機構を応用することで、赤外域の光を用いた光エネルギー変換材料、たとえば赤外光触媒や赤外光電変換材料といった革新的な材料の開発を進めていきます。
概要
局在表面プラズモン共鳴（LSPR : Localized Surface Plasmon Resonance）を利用した光電変換は、太陽電池や光触媒、光学センサーなどの用途への応用が期待されています。LSPR材料と半導体の接合した界面に光を照査した際に観測されるプラズモン誘起電荷移動という現象は、LSPR材料を用いた光‐エネルギー変換の実用化のカギを握る重要な機構として世界中で精力的に研究が行われています。
本研究グループでは、赤外域にLSPRを示す硫化銅ナノ粒子と硫化カドミウムナノ粒子を連結させたヘテロ構造ナノ粒子を合成し、そのプラズモン誘起電荷移動を過渡吸収測定法により観測することに成功しました。この結果、硫化銅/硫化カドミウムヘテロ構造ナノ粒子においては、キャリアのトラップ（注：エネルギーの高い準安定状態）を経由した段階的な電荷移動という新しい機構によりプラズモン誘起電荷移動が起こることを発見しました。従来のプラズモン誘起電荷分離は、電荷分離によって生じた正孔（ホール）と電子の再結合による損失が大きな問題でしたが、新たに発見された機構は一般的なプラズモン誘起電荷分離よりもはるかに長い電荷分離寿命を示し、優れた光電変換材料であることが示されました。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41467-018-04630-w
【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/232511
Zichao Lian, Masanori Sakamoto, Hironori Matsunaga, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Mitsutaka Haruta, Hiroki Kurata, Wataru Ota, Tohru Sato, Toshiharu Teranishi (2018). Near infrared light induced plasmonic hot hole transfer at a nano-heterointerface. Nature Communications, 9, 2314.
