太陽光をエネルギー源としたプラズモン誘起電荷分離による
高効率水素発生システムの開発

髙橋 幸奈

九州大学 カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所
准教授

髙橋 幸奈

※ 所属、役職等は受賞当時のものです

研究概要

 髙橋氏は、従来よりも安価で安定、かつ高効率な、太陽光による水素発生システムの開発を目指している。太陽光は総量が大きく有望な資源であるが、単位面積あたりのエネルギー密度は小さく、供給量が不安定である。そのため、何らかの手段でエネルギーを貯める、その密度を高めるといった工夫を施すことが、実装においては重要な課題となる。髙橋氏は、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)※によって、太陽光のエネルギー密度を高めるとともに、金属ナノ粒子と半導体とを組み合わせた時に生じるプラズモン誘起電荷分離(PICS)※を用いて、光のエネルギーを電気化学エネルギーに変換し、水素発生システム等に活用しようとしている。半導体は、従来系のn型半導体※の代わりにp型半導体を用いることで、安定性や電荷分離効率の改善が期待できる。また、金属ナノ粒子の構成金属や結晶面の制御によって、反応生成物の選択性向上も見込まれる。本研究は、光エネルギーを、高効率かつ安定的に、電気・動力・熱などのエネルギーへ変換して活用する技術として、エネルギー問題の解決に資すると期待される。
※局在表面プラズモン共鳴(LSPR, Localized surface plasmon resonance) :金属に光を照射した際、特定波長の光エネルギーが、金属ナノ粒子表面近傍の回折限界を超えたナノ空間に、時間的・空間的に局在化する現象。理論上は、光エネルギーを数十倍~数百万倍に捕集することが可能。

※プラズモン誘起電荷分離(PICS, Plasmon induced charge separation) :LSPRを示すナノ金属と半導体を組み合わせることにより、共鳴波長の光照射化で、金属ナノ粒子の電荷が半導体に移動する現象。
※n型半導体 自由電子の移動よって電気伝導が起こる半導体。
※p型半導体 電子の欠損部である正孔(ホール)の移動によって電気伝導が起こる半導体。

※局在表面プラズモン共鳴(LSPR, Localized surface plasmon resonance) :金属に光を照射した際、特定波長の光エネルギーが、金属ナノ粒子表面近傍の回折限界を超えたナノ空間に、時間的・空間的に局在化する現象。理論上は、光エネルギーを数十倍~数百万倍に捕集することが可能。

※プラズモン誘起電荷分離(PICS, Plasmon induced charge separation) :LSPRを示すナノ金属と半導体を組み合わせることにより、共鳴波長の光照射化で、金属ナノ粒子の電荷が半導体に移動する現象。
※n型半導体 自由電子の移動よって電気伝導が起こる半導体。
※p型半導体 電子の欠損部である正孔(ホール)の移動によって電気伝導が起こる半導体。

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