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助成番号 133318
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

太陽光エネルギーを利用したチタニア触媒の駆動方法の開拓と評価

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of Titania Photocatalyst using Solar Energy

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ミキ名）カズシ

研究期間 Ｂ

２０１３～ ２０１５

漢字 ＣＢ

三木一司

報告年度 ＹR２０１５

年

Kazushi

研究機関名

物質・材料研究機構

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Miki研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名年

物質・材料研究機構高分子材料ユニット・グループリーダー

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)

水素発生技術は光触媒の利用で多くの検討がされてきました。紫外光照射では量子効率 56%を越える水分解が知られていますが、可視光利用では 0.4％とまだ低い量子効率に留まっています。
本研究では、太陽光照射時に金属ナノ粒子表面に局在化するプラズモン（近接場光）を励起光源として利用して、二光子吸収過程による紫外光励起を行う事で、光源基板上に固定化した光触媒を活性化し、水分解による物質変換プロセスの基盤技術の創成を狙いました。
作製デバイスはボトムアップ手法により作製した層状構造です。最下層部はクオーツ上導電性透明膜上に形成した金ナノ粒子２次元配列で高輝度近接場光源として機能します。光が高輝度な為に２光子吸収過程により可視光２個の吸収から紫外光励起が可能で、チタニア光触媒を直接励起して活性化できます。金ナノ粒子２次元配列上にアンカー分子として TMOS 分子（trimethoxyoctylsilane）を一分子層設け、チタニア微結晶を固定しました。作製デバイ
スの光触媒性能はメチレンブルー色素の褪色反応を、可視光域（700nm）と紫外光域（250– 380nm）の光照射により評価しました。２次元配列の金ナノ粒子の粒径は 36nm で局在表面プラズモンの共鳴波長は 700nm 近傍です。参照デバイスとの比較を行った結果、作製デバイスは高い可視光域での光触媒性能を示しました。作製デバイスの可視光域での褪色反応の速度は、参照デバイスの可視光域での速度の 1.7 倍です。その物理的機構は、褪色反応速度が照射光パワーの二次依存性と、アクションスペクトルからプラズモン励起による二光子吸収によるものと結論付けました。
今後は本結果を基にしてプラズモン励起二光子吸収を用いた可視光駆動型の光触媒システ
ムの研究が進展すると期待されます。

キーワード ＦＡ

金属ナノ粒子光触媒

プラズモン（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -太陽光発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

A visible light-driven plasmonic photocatalyst

著者名 ＧＡ

Francesca Pincella,
Katsuhiro Isozaki,
Kazushi Miki

雑誌名 ＧＣLight: Science & Applications

ページ ＧＦ

e133-1 ～ e133-6

発行年 ＧＥ2論文標題ＧＢ

Enhancement of self-assembly of large-sized (> 10 nm) gold nanoparticles locally on an ITOsubstrate

雑誌

雑誌

14

巻号 ＧＤ

3

著者名 ＧＡ

Takao Ochiai, Katsuhiro
Isozaki, Satoko Nishiyama,Kazushi Miki

雑誌名 ＧＣ

Applied Physics Express

ページ ＧＦ065001-1～065001-4

発行年 ＧＥ

2

論文標題ＧＢ

Selective Two-Photon-Absorption-Induced Reactions of Anthracene-2-Carboxylic Acid on
Tunable Plasmonic Substrate with Incoherent Light Source

雑誌

001

4

巻号 ＧＤ

7

著者名 ＧＡ

Francesca Pincella, Katsuhiro
Isozaki, Tomoya Taguchi,
Yeji Song, Kazushi Miki

雑誌名 ＧＣ

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

ページ ＧＦ

1171 ～ 1179

発行年 ＧＥ

2015

巻号 ＧＤ

15

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ

Visible light driven phtocatalyst is demanded, for example, for using natural resources, sunlight to generatehydrogen gas via water splitting. In this research, we demonstrate the two-dimensional (2D) array of gold
nanoparticles (AuNPs) as a high intense near-field light-generating layer, because of the high intense oflight, which may cause two-photon absorption excitation from visible lights into UV excitation insidetitania photocatalyst. We used a bottom-up approach to fabricating a visible light-driven titania
photocatalyst device bearing an embedded 2D array of AuNP. The device is a layered structure preparedby depositing a 2D array of AuNPs on a transparent conductive substrate, thin indium tin oxide layer, onquartz, coating the 2D array of AuNPs with a monolayer of trimethoxyoctylsilane (TMOS), and depositingtitania nanocrystals on the anchoringmolecule TMOS layer. The visible light activity of the device wastested using photocatalytic degradation of methylene blue (MB) by irradiating the device with visible light(700 nm light) and ultraviolet (UV) light (250–380 nm) sources. The localized surface plasmon resonancepeak of the 36 nm AuNP 2D array is around 700 nm. In comparison with other control samples, the device
showed the highest photocatalytic activity with visible irradiation. The origin of the visible light activity
was confirmed by both quadratic incident light power dependency and action spectrum to beplasmon-induced two-photon absorption.

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