プラズモン共鳴(LSPR)を示す化合物ナノ粒子や、半導体量子ドットは、太陽光エネルギーの約半分を占める赤外光を利用できる次世代の光機能材料として注目されている。これらは、格子欠陥やドーピング元素に応じて、可視から赤外領域で光吸収を制御できる。しかし、液相化学合成法では、格子欠陥やドーパントの分布が不均一な状態で得られることが多い。そのため、高効率な光電変換素子の開発に向けて、光化学特性を精密に制御可能な粒子の合成及び分離手法の確立が必須である。そこで本年度は、下記2点について研究に取り組んだ。
①近赤外領域に光吸収を有し、低毒性元素で構成されるAg-Bi-S量子ドットの液相化学合成法を開発し、粒径・組成の変調による光化学特性の制御を検討した。反応温度と前駆体の仕込み組成を変化させることで、粒径2～8 nmの粒子合成に成功した。吸収端は粒径増大に応じて長波長シフトし、バンドギャップは 1.45 eVから1.05 eVに減少した。伝導帯準位はほぼ一定であったが、価電子帯準位は負電位側にシフトした。Ag-Bi-SをITO電極に担持して光電気化学測定を行うと、カソード及びアノード光電流の両方が検出され、その割合は粒子組成に応じて変化した。光電流の立ち上がり電位が各々の準位とは異なる値を示したことから、欠陥サイトの存在が示唆された。
②当研究室で見出した、Auナノ粒子のLSPRを用いた光トラッピングと薄層クロマトグラフィー(TLC)を組み合わせたサイズ選択的分離手法(プラズモンTLC)の高性能化を検討した。LSPR増強電場により生じる引力は、粒子の分極率に依存し、さらに分極率は粒子の体積に依存することから、展開する量子ドットの形状に依存せず、体積に応じた量子ドットの捕捉を確認できた。また、Auナノ粒子と量子ドット間の共鳴・非共鳴を利用し、光学特性の異なる量子ドットの精密分離にも成功した。