Home広島大学 自然科学研究支援開発センター 研究開発部門(物質科学部)
広島大学 大学院理学研究科 化学専攻(併任)
広島大学 大学院先進理工系科学研究科 基礎化学(併任)
教授 齋藤 健一
TEL: 082-424-7487
E-mail: saitow＊hiroshima-u.ac.jp (注: ＊は半角@に置き換えてください)
本研究成果のポイント
- 空気清浄、抗菌コート、最先端の研究では太阳电池、水素製造、更に新型コロナウイルスの不活化の研究に、「光と酸化チタン」が使われています。
- その酸化チタンで、光の强度を2000倍以上に増强する効果を発见しました。
- この効果は、太阳电池、光触媒(空気清浄、防汚、浄水、水素製造など)、新型コロナウイルスの不活の高効率化など、幅広い利用が期待されます。
概要
理学研究科の大学院生 花谷快渡氏(博士前期修了)、吉原久未氏(博士前期修了)、坂本全教氏(博士後期修了)、自然科学研究支援開発センター(研究開発部門)の齋藤健一教授の研究グループは、非常に優れた半導体である酸化チタン(※1)で、光の巨大な増強効果を実現しました。特色は、①極めてシンプルな製法で試料(多孔質フィルム)を作製 ②半導体としての最大の増強度 ③応用性が大変高い酸化チタン で実現です。
製法は、酸化チタンのナノ粒子に常温で荷重(5 kg程)をかけ、多孔質フィルムを作りました。このフィルムに光を照射すると、酸化チタンナノ粒子のアンテナ効果(※2)により、光を高効率に集めることができました。更に、多孔质フィルムを形成しているナノ粒子间のすきま(ナノギャップ)で、各粒子で集められた光が重なり、増强効果が飞跃的に増加しました。ナノギャップの数と距离を圧力で制御し、増强度(※3)が2000倍以上と半导体で世界最大値を実现しました。その他、叁次元ナノ空间でのシミュレーションより、理论的にも増强効果を検証しました。なお、ナノギャップが多数ある特徴的なフィルムの作製はこれまでになかったため、「ナノギャップリッチ」の酸化チタンフィルムと命名しました。
本成果は基础研究ですが、その先には多数の応用が広がっています。具体的には、强い光触媒効果(※4)を有する酸化チタンを用い、新型コロナウイルスの不活化の研究が、世界中で始まっています。その酸化チタンにおいて、増强効果で光を高効率に捕集すること、これは光触媒効果の着しい向上につながり、各种ウイルスの不活化、光触媒効果(空気清浄、防汚、浄水、水素製造)、太阳电池の変换効率など、大きな波及効果が期待されます。
本成果は、アメリカ化学会の学術誌The Journal of Physical Chemistry Lettersのオンライン版に公開されました。なお、本論文の成果は、当該雑誌の表紙として掲載されました。
図1 酸化チタンのナノギャップフィルムによる光増强効果のイメージ図。
太阳电池、水素製造、新型コロナウイルスの不活化の高効率化が期待される。
研究内容は、掲载誌の表纸に採択された。
用语解説
(※1) 酸化チタン
金属であるチタンの酸化物で、优れた半导体。チタンは軽く安定なため、腕时计、ゴルフクラブ、生体インプラント材料など広く使われている。
(※2) アンテナ効果
电波を集める罢痴や携帯电话のアンテナのように、ナノ粒子が光を集める効果を指す。ナノ粒子の大きさ、形状、物质や周囲の媒体の屈折率、光の吸収などにより、どの波长の光をどれだけ効率よく集めることができるかが决まる。
(※3) 増強度
ナノ粒子のアンテナ効果による光の集まり方を示す尺度。具体的には、ナノ粒子のある时と无い时に光强度の比から、増强度を算出する。
(※4) 光触媒
光が当たることで、表面で强力な酸化力が生まれ、汚れ(有机物)や细菌などの有害物质を除去できる。半导体に特有の现象で、そのメカニズムは光を吸収し、电子と正孔が生じることが重要。この电子と正孔を取り出すと太阳电池になる。光触媒では、电子と正孔が表面の物质と酸化や还元反応を行う。特に酸化チタンは、优れた光触媒効果を有する。
论文情报
- 掲載誌: The Journal of Physical Chemistry Letters
- 論文タイトル: Nanogap-Rich TiO2 Film for 2000-Fold Field Enhancement with High Reproducibility
- 著者名: Kaito Hanatani1, Kumi Yoshihara1, Masanori Sakamoto1, Ken-ichi Saitow1, 2, 3, *
1. 広島大学 大学院理学研究科(化学専攻)
2. 広島大学 自然科学研究支援開発センター(研究開発部門 物質科学部)
3. 広島大学 大学院先進理工系科学研究科(基礎化学)
※ 责任着者 - DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02286
研究支援
?内閣府 最先端?次世代研究開発支援プログラム(グリーン?イノベーション)
?科学研究费补助金 基盘研究(础)、(叠)
?公益财団法人闯碍础 补助事业
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