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电竞下注平台-捕光新贵——铂纳米粒子的近场光吸收调控

电竞下注平台极竞技 科技 2021年01月13日
本文摘要:具有表面等离子体共振(SPR)效应的金属纳米材料就是典型代表之一,其特点是当金属材料中传导电子的集体振动频率与入射光子的频率完全相同时,它们之间的相互作用使金属材料强烈吸收特定能量的光子。这种全新的光吸收模型在概念上不同于贵金属的表面等离子体共振效应,即二氧化硅载体的近场散射光增强了铂纳米粒子产生特定的光吸收峰,而不是必需的入射光。

光吸收

贵金属纳米材料因其丰富且可控的光学性质而在许多研究领域受到广泛关注。具有表面等离子体共振(SPR)效应的金属纳米材料就是典型代表之一,其特点是当金属材料中传导电子的集体振动频率与入射光子的频率完全相同时,它们之间的相互作用使金属材料强烈吸收特定能量的光子。目前,对金银纳米材料等贵金属的研究非常广泛。

它们具有明显的SPR吸收峰,可以将光控制在纳米量级。它们已被应用于表面增强拉曼光谱、等离子体波导、分子传感器、热辐射源、光学天线和太阳能电池等研究领域。

与此形成鲜明对比的是,粒径大于10纳米的铂纳米粒子在紫外至可见短波区域没有明显的光吸收峰。虽然铂纳米结构(铂纳米球、纳米片等。)粒径小于30纳米的铂纳米粒子可以表现出良好的表面等离子体共振吸收特性,但粒径大于10纳米的铂纳米粒子的特定光学吸收峰尚未观察到。

这不仅使我们很难精确控制小粒径铂纳米粒子的特定光吸收特性,也使我们无法准确解读铂纳米粒子的引入所增强的光催化性能。因此,在不减小铂纳米粒子粒径(10nm)的情况下,识别和控制其光吸收峰,准确理解铂纳米粒子对光催化性能的改善,是一项极具挑战性的任务。近日,福州大学许怡君教授课题组通过对铂纳米粒子的近场和介电环境的精巧设计和优化,首次成功控制了红外区粒径大于10纳米的铂纳米粒子的光吸收峰,并创造了一个全新的光吸收模型,用于各种红外光催化反应。研究结果发表在《自然光子学》[10,473-482 (2016)]。

该研究组以完全光学透明的二氧化硅为载体,通过静电自组装方法将铂纳米粒子均匀分布在二氧化硅球表面,然后在表面包覆二氧化钛薄层,从而构建出三维核壳结构的纳米复合材料。通过纳米材料的高效设计和制备,无需改变铂纳米粒子的尺寸,只需调整其介电环境,即可有效调控铂纳米粒子在红外区的光吸收峰。图铂/二氧化硅@二氧化钛复合材料的结构和光学性能分析:(一)纳米复合材料的制备工艺;(b)(c)(d)2%铂/二氧化硅@二氧化钛样品的透射电子显微镜图像;(e)2% pt/SiO 2 @ TiO 2样品的大角度环形暗场图像和框图区域中的元素产生于;(f)不同Pt含量的复合材料的紫外-可见漫反射序列是基于实验观察的,他们明确提出了一个全新的光学模型来解释铂纳米粒子的不道德光吸收。在这个光学模型中,铂纳米粒子需要吸收二氧化硅载体近场的散射光,从而表现出特定的光学吸收特性。

这种全新的光吸收模型在概念上不同于贵金属的表面等离子体共振效应,即二氧化硅载体的近场散射光增强了铂纳米粒子产生特定的光吸收峰,而不是必需的入射光。他们与美国天普大学孙玉刚课题组合作,利用米氏理论和FDTD方法系统地模拟了复合材料的光学性质,计算结果充分证明了光学吸收模型的可靠性。

铂纳米粒子光学吸收峰的成功识别为研究和解释铂纳米粒子引起的光催化水解还原过程提供了基本前提。基于此,许怡君教授的研究团队进一步将构建的铂纳米粒子填充结构应用于各种红外光催化反应。

结果表明,铂纳米粒子填充结构对醇类化合物的红外(500纳米)光催化选择性好氧水解、分解具有显著的光催化活性 此外,波段依赖型光催化性能测试、波段依赖型光电流谱图和光电转换效率的结果进一步证明了该复合材料的光催化活性是由铂纳米粒子在红外太阳光下被激发而引起的。以上结果表明,铂纳米粒子可以作为光子吸收剂来驱动光催化选择性水解和还原。本研究发现了一种新的方法,即使用小粒径的铂纳米粒子来控制复合材料的光吸收特性,并将其用作太阳能开关。


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