北理工材料學(xué)院劉佳特別研究員在半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶合成及光電催化應(yīng)用領(lǐng)域取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2018-06-05 供稿：材料學(xué)院 攝影：材料學(xué)院
編輯：蔡懷建 審核：張青山 閱讀次數(shù)：
近日,，北理工材料學(xué)院結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點實驗室張加濤教授研究團(tuán)隊的劉佳特別研究員，在Plasmon金屬@半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶的精準(zhǔn)合成,、熱電子注入及光電催化高效應(yīng)用等研究領(lǐng)域取得連續(xù)突破，相關(guān)研究成果相繼發(fā)表于工程技術(shù)材料科學(xué)領(lǐng)域1區(qū)雜志《Nano Energy》(共同一作,，影響因子12.3)與工程技術(shù)能源與材料領(lǐng)域1區(qū)雜志《Journal of Materials Chemistry A》(共同通訊作者,，影響因子8.9)。
近年來,，Plasmon增強(qiáng)原理在光催化,、光電催化領(lǐng)域成為國際性的研究熱點，熱電子注入效率低是制約該領(lǐng)域發(fā)展的主要因素,。金屬@半導(dǎo)體核殼納米晶可表現(xiàn)出等離子體-激子協(xié)同耦合效應(yīng)及優(yōu)異的光-化學(xué),、光-電、光-熱轉(zhuǎn)化性能,，在潔凈能源制備,、環(huán)境治理、醫(yī)學(xué)診療,、量子信息等諸多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景,。由于金屬與半導(dǎo)體之間具有較大的晶格失配度，采用傳統(tǒng)晶種生長法制備的核殼納米晶在金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)界面往往存在大量的晶格缺陷或有機(jī)雜質(zhì)，嚴(yán)重抑制了光生電荷的界面?zhèn)鬟f,，且難于同時對金屬與半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特性及化學(xué)組成進(jìn)行精確調(diào)節(jié),。因此，通過優(yōu)化合成方法增強(qiáng)納米晶的等離子體-激子耦合具有十分重要的科學(xué)研究意義,。
在張加濤教授團(tuán)隊研究積累的基礎(chǔ)上（Science, 2010; Adv. Mater., 2014; Angew. Chem. Int. Ed., 2015,；Nature Nanotechnol. 2018），團(tuán)隊成員劉佳特別研究員帶領(lǐng)研究生馮靖雯,、成曉艷,、王虹智等通過發(fā)展水相陽離子交換反應(yīng)，成功實現(xiàn)對金屬@半導(dǎo)體核殼納米晶形貌,、納米結(jié)構(gòu),、異質(zhì)界面的精準(zhǔn)合成，在Au@CdS,、Au@ZnS以及Au@Ag2ZnSnS4（四元硫族半導(dǎo)體殼層）等核殼納米晶中構(gòu)建了緊密接觸,、原子級潔凈的金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)界面。根據(jù)飛秒中紅外瞬態(tài)吸收光譜測試及理論計算結(jié)果,，Plasmon熱電子從Au核注入CdS導(dǎo)帶的效率高達(dá)48%,，所合成納米晶在可見光下的光催化分解水制氫性能比傳統(tǒng)方法制備的Au@CdS納米晶提高了2-3個數(shù)量級；將Au@Ag2ZnSnS4納米晶組裝在光化學(xué)電極上成膜,，利用精準(zhǔn)合成的優(yōu)勢調(diào)控納米晶等離子體-激子耦合,，在光電催化分解水制氫中獲得了優(yōu)異性能。在已有的異質(zhì)界面能量高效轉(zhuǎn)移等突破性研究基礎(chǔ)上,，團(tuán)隊將結(jié)合表面缺陷調(diào)控等進(jìn)一步提高光生載流子的利用效率及光催化,、光電催化性能。
本研究受到了國家自然科學(xué)基金青年項目51702016,，重點項目51631001, 重大集成項目91323301以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金等項目資助。在高分辨透射電鏡表征,、瞬態(tài)吸收光譜表征及機(jī)理討論方面,，得到中科院物理所翁羽翔研究員、美國亞利桑那州立大學(xué)劉景月教授以及加州大學(xué)洛杉磯分校黃昱教授等的大力幫助,。在此一并表示感謝,。
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