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

2022-02-16 來源：化學與材料科學

隨著經(jīng)濟的快速增長，能源和環(huán)境問題日益突出。工業(yè)和環(huán)境水污染是世界范圍內(nèi)最嚴重的污染問題。作為一種綠色、節(jié)能和簡單的方法，半導體（SC）光催化已被廣泛用于水污染處理。SC的光催化過程主要分為三個階段：光激發(fā)、光生載流子分離和遷移，最終在陽極和陰極表面發(fā)生氧化還原反應降解污染物。盡管科研人員付出了很多努力提高催化活性，目前，低的太陽能利用率、低載流子遷移率和高光致電子-空穴復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，設計了一種具有一維納米棒陣列結構的等離子體雙金屬 ZnO 異質(zhì)結構，通過壓電光電子學效應提高光催化效果。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，同時鉑納米顆粒均勻分布在 ZnO 納米棒上。在這一結構中，無論外部機械力的方向如何，在基底上生長的 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米能級的對齊，促進電子從頂端Au顆粒向Pt顆粒的遷移；同時，ZnO的一維壓電性將進一步促進電子空穴對的遷移和分離，從而大大提高催化效率。在壓電光電子效應和 LSPR 效應的共同作用下，Au/ZnO/Pt的染料降解效率達到 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和引導費米能級排列的獨特等離子體雙金屬異質(zhì)結構可以引導載流子的定向遷移，為高效光催化劑的設計提供可行的方向。

Au/ZnO/Pt異質(zhì)結通過壓電光電子效應提高催化的作用機理近期，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)表在學術期刊Materials Today Nano上。文章的第一作者是廣西大學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：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin

（課題組每年招收多名廣西大學-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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（責任編輯：xu）

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