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中科院納米能源所李琳琳&王中林&蔣濤團(tuán)隊(duì)Materials Today Nano：具有壓電光電子效應(yīng)的等離子體雙金屬 ZnO 異質(zhì)結(jié)提高催化

2022-02-16 來(lái)源：化學(xué)與材料科學(xué)

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體光催化等離子體雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu) 壓電光電子效應(yīng)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出。工業(yè)和環(huán)境水污染是世界范圍內(nèi)最嚴(yán)重的污染問(wèn)題。作為一種綠色、節(jié)能和簡(jiǎn)單的方法，半導(dǎo)體（SC）光催化已被廣泛用于水污染處理。SC的光催化過(guò)程主要分為三個(gè)階段：光激發(fā)、光生載流子分離和遷移，最終在陽(yáng)極和陰極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)降解污染物。盡管科研人員付出了很多努力提高催化活性，目前，低的太陽(yáng)能利用率、低載流子遷移率和高光致電子-空穴復(fù)合率仍是限制光催化效率的主要障礙。

Au/ZnO/Pt納米棒陣列的合成近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳課題組與王中林院士、蔣濤研究員合作，設(shè)計(jì)了一種具有一維納米棒陣列結(jié)構(gòu)的等離子體雙金屬 ZnO 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高光催化效果。具有等離子體共振性質(zhì)（LSPR）的金納米顆粒位于 ZnO 納米棒的頂端，同時(shí)鉑納米顆粒均勻分布在 ZnO 納米棒上。在這一結(jié)構(gòu)中，無(wú)論外部機(jī)械力的方向如何，在基底上生長(zhǎng)的 ZnO 納米棒都具有單軸（C 軸）壓電性。一維軸向的雙金屬顆粒排列將伴隨著費(fèi)米能級(jí)的對(duì)齊，促進(jìn)電子從頂端Au顆粒向Pt顆粒的遷移；同時(shí)，ZnO的一維壓電性將進(jìn)一步促進(jìn)電子空穴對(duì)的遷移和分離，從而大大提高催化效率。在壓電光電子效應(yīng)和 LSPR 效應(yīng)的共同作用下，Au/ZnO/Pt的染料降解效率達(dá)到 Pt/ZnO/Pt、 Au/ZnO/Au 和 ZnO的 1.2、1.36 和 1.79 倍。這種具有壓電光電子效應(yīng)和引導(dǎo)費(fèi)米能級(jí)排列的獨(dú)特等離子體雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以引導(dǎo)載流子的定向遷移，為高效光催化劑的設(shè)計(jì)提供可行的方向。

Au/ZnO/Pt異質(zhì)結(jié)通過(guò)壓電光電子效應(yīng)提高催化的作用機(jī)理近期，該研究成果以” Piezo-Phototronic Effect Boosted Catalysis in Plasmonic Bimetallic ZnO Heterostructure with Guided Fermi Level Alignment”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Materials Today Nano上。文章的第一作者是廣西大學(xué)和中科院北京納米能源所聯(lián)培碩士生張亞龍，通訊作者為中科院北京納米能源所蔣濤研究員、王中林院士和李琳琳研究員。

李琳琳課題組主頁(yè)：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin

（課題組每年招收多名廣西大學(xué)-中科院納米能源所聯(lián)培碩士生和博士生，歡迎聯(lián)系）

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（責(zé)任編輯：xu）

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