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武汉工程大学在金属纳米颗粒及光催化应用研究取得新进展

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  • 发布时间:2020-10-10 14:44
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武汉工程大学光电信息与能源工程学院、数理学院马良博士以武汉工程大学为第一单位,依托光学信息与模式识别湖北省重点实验室,在等离激元耦合及应用研究领域取得一系列研究进展,相关成果发表在ACS AppliedMaterials & Interfaces(影响因子8.758),Nanoscale(影响因子6.895)和Solar RRL(影响因子7.527)国际著名期刊上。

金属纳米颗粒的等离激元耦合效应能够产生极强的光子吸收和近场增强等优异光学特性,在催化、传感以及表面拉曼增强光谱等领域有着广泛的应用。马良博士利用可控水热法制备了一种新型的金纳米结构,称之为“纳米金元宝“,具体结构为直径20 nm的金纳米球精确地置于开口大小可调的半金壳层中,金纳米球和金纳米壳层之间有着约厚度为4 nm纳米间隙。理论和实验研究表明,纳米金元宝有着两种等离激元共振吸收峰,一种在550 nm处,属于电偶极共振;另外一种处于650 ~ 800 nm之间,来源于外层金纳米壳层的磁偶极共振。同时,金纳米球和壳层之间的强烈等离激元耦合能够极大的增强两种等离激元的共振吸收和局域电磁场。光催化降解对硝基苯酚和表面增强罗丹明B分子拉曼光谱实验结果表明,纳米金元宝展现出壳层大小依赖的光催化活性和SERS响应,相关研究成果以题目为《Structure-Adjustable Gold Nanoingotswith Strong Plasmon Coupling and Magnetic Resonance for Improved PhotocatalyticActivity and SERS》发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 38554−38562。

其次,马良博士以纳米金球为生长基底,利用多次循环置换反应和二次生长手段制备出具有纳米间隙数目可调的Au/AgAu双金属纳米结构,其内部纳米间隙数最大可达4个。这种内部的多间隙纳米结构,为等离激元耦合提供了很好的平台。实验和理论研究表明,Au/AgAu展现出间隙数目依赖的光子吸收和近场增强。其中,由于多个界面的等离激元强耦合效应,具有4个纳米间隙的Au/AgAu拥有最宽的吸收光谱和最强局域电磁场。进而,通过水热法构建间隙可调(Au/AgAu)@CdS核壳纳米结构光催化剂,光解水产氢气测试结果表明,(Au/AgAu)@CdS展现出间隙数依赖的光催化活性,随着纳米间隙数的增加,其催化产氢气活性呈指数增长,最高可达纯硫化镉的96倍。相关研究成果以题为《Multi-interfacial Plasmon Coupling in Multigap(Au/AgAu)@CdS Core–Shell Hybrids for Efficient Photocatalytic Hydrogen Generation》发表在Nanoscale 2020,12, 4383。

另外,马良博士利用水热法在纳米金球切线方向生长超薄CuSe纳米盘同时沉积Pt纳米颗粒,构建出Pt纳米颗粒修饰Au/CuSe切向异质结构的三元光催化剂。由于金纳米球和CuSe超薄纳米盘之间的金属-非金属等离激元耦合作用,三元催化剂在可见和近红外区间有着优异的光子吸收。理论研究表面,金纳米球和CuSe的界面之前存在很强的电场耦合,能够极大的提升材料的光俘获能力和界面之间的电荷转移。同时三元催化剂之间内部的多电荷转移途径,能够极大的提升载流子的寿命。在可见可近红外光照射下,光解水产氢气测试显示Au/CuSe/Pt三元催化剂有着优异的光催化活性。相关研究成果以题目为《Pt Decorated (AuNanosphere)/(CuSe Ultrathin Nanoplate) Tangential Hybrids for EfficientPhotocatalytic Hydrogen Generation via Dual-Plasmon-Induced Strong VIS–NIR LightAbsorption and Interfacial Electric Field Coupling》发表于Sol. RRL 201

来源:小颗粒大世界

 

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