研究内容

電気化学的手法による光と物質の相互作用自在制御

金属ナノ構造近傍に色素分子や半導体ナノドットが存在し、その励起エネルギーが局在光であるプラズモンのエネルギーと近接する場合、強結合状態と呼ばれる光と物質の新たな混成状態が形成されます。強結合状態が形成すると、系の光吸収能が飛躍的し、これまでと全く異なる物性が発現し、光エネルギーの極現有効利用が可能となります。我々の研究室では、電気化学手法によりその光応答特性の変調に取り組んでおり、新たなエネルギーマネージメントを実現します。

光による単一分子トラッピング

局在光であるプラズモンが誘起されると、金属ナノ構造の近傍には光エネルギーがナノ空間に高度に局在した光電場空間が形成します。光電場空間内では光エネルギーが局在化するため、強い勾配力が働き、分子のブラウン運動を超えて分子挙動を制御し得ることが理論計算により近年明らかになっています。我々の研究室では、ブラズモン分子トラッピングの確立に向けた取り組みを行っており、世界で初めて表面増強ラマン散乱観測法を用いることで、光分子トラッピング挙動の観測に成功しています。現在は電気化学手法を導入することで、これまでにない化学反応を実現するプラズモン分子トラッピングの高度化に取り組んでいます。

プラズモニック光電変換系の構築

本多ー藤嶋効果で知られるように、半導体電極に光を照射すると、光のエネルギーを電気エネルギーに変換できることが知られています。しかしながら、酸化チタンに代表される半導体電極は、その広いバンドギャップエネルギーのために使用可能な光が紫外光に制限されます。近年、プラズモン構造を表面に担持すると、プラズモンの緩和過程において生成する電子の利用が可能になるため、電極が吸収する光の波長が広がることが明らかになりました。我々の研究室では、これまでにプラズモニック光電変換系において、これまでに見られない光化学反応効率と選択性が発現することを明らかにして来ました。現在は、革新的な水素発生系の創出に取り組んでいます。

研究室の特徴

物理化学研究室では、エネルギーの究極的な有効的な活用を目指して、「物理化学」、特に電気化学を基盤に様々な研究に取り組んでいます。特に、光の照射によって引き起こされる金属ナノ構造中の集団振動である局在プラズモン共鳴が引き起こす非常にユニークな現象に注目しています。金属ナノ構造や界面電子状態等の因子を精密に制御することで系の光学応答の革新的な変調に取り組んでいます。