隨著日益嚴(yán)重的能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題,開(kāi)發(fā)一種新型清潔的能源迫在眉睫。其中,利用光催化劑進(jìn)行光化學(xué)轉(zhuǎn)換受到了廣泛的關(guān)注。目前所采用的光催化劑主要為半導(dǎo)體,但是研究表明,金銀等具有表面等離激元共振效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)也能夠有效的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這些金屬納米粒子能夠?qū)⒐庾拥哪芰哭D(zhuǎn)化為納米粒子內(nèi)部高能載流子的能量,這些高能載流子能夠轉(zhuǎn)移到吸附在納米顆粒上的分子上或者重新復(fù)合釋放熱量,從而誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)。在本文中,基于金、銀、鈀等貴金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振效應(yīng),合理設(shè)計(jì)催化劑的結(jié)構(gòu),用光照射,探究了其對(duì)醇類燃料電池及在抗壞血酸檢測(cè)方面的應(yīng)用,研究?jī)?nèi)容如下:1.溶液法制備了球型金納米顆粒（Au NSs）、刺狀金納米顆粒（Au NMs）和金納米棒（Au NRs）用于光電催化甲醇氧化。研究了不同形貌的金納米催化劑在光照下對(duì)甲醇氧化反應(yīng)（MOR）的影響。光照下Au NRs對(duì)甲醇電催化氧化的峰值電流密度是黑暗條件下的3.1倍。此外,探究了Au納米催化劑在不同溫度下的催化性能、耐久性和抗CO中毒能力,詳細(xì)研究了可見(jiàn)光光強(qiáng)和波長(zhǎng)對(duì)甲醇電催化氧化的影響。2.溶劑熱法一步制得了PdFe超薄納米片并用于光電催... 

【文章來(lái)源】：青島科技大學(xué)山東省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金屬納米顆粒的局域表面等離激元共振效應(yīng)示意圖

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文3面等離激元（LSP）。同樣，當(dāng)入射光頻率與等離激元的振蕩頻率相匹配時(shí)，振幅最大，這種現(xiàn)象叫做局域表面等離激元共振（LocalizedSurfacePlasmonResonance,LSPR）[12],如圖1-1所示。假設(shè)有一半徑為a（a<<λ）的金屬納米顆粒處于場(chǎng)強(qiáng)為E的均勻電場(chǎng)中，如圖1-2所示，介電常數(shù)為εm，電場(chǎng)方向平行于z軸方向。圖1-2金屬納米顆粒的靜電模型Fig.1-2Theelectrostaticmodelofametalnanoparticles.在以球心為原點(diǎn)的坐標(biāo)中，電勢(shì)▽2Φ＝０，電場(chǎng)強(qiáng)度E＝-▽?duì)�。則金屬納米顆粒內(nèi)外的電勢(shì)分別為▽2Φout＝０（r>a）▽2Φin＝０（r<a）該系統(tǒng)還需滿足的邊界條件為金屬納米顆粒的內(nèi)外電勢(shì)相等Φout=Φin(r=a)，且滿足=ε(=)1r=1r(=)lim→=cos若處于無(wú)窮遠(yuǎn)處的靜電場(chǎng)不受干擾，那么滿足上述邊界條件的解為=3cos+2=cos+（）cos（+2）從上式可以看出，金屬納米顆粒外部勢(shì)能為外加電場(chǎng)的勢(shì)能與納米顆粒中心的偶極子勢(shì)能的相加，偶極子勢(shì)能為=/4,則偶極矩p可以表示為=4+2由此可以得出極化率

表面等離激元共振增強(qiáng)貴金屬納米結(jié)構(gòu)電催化研究4α=4+2可以看出，金屬納米顆粒的極化率為顆粒的介電常數(shù)與半徑的函數(shù)。當(dāng)|+2|取最小值時(shí)，極化率達(dá)到最大值，當(dāng)入射光子的振蕩頻率與等離激元的振蕩頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生LSPR現(xiàn)象了。1.2.3金屬納米顆粒表面等離激元共振的弛豫金屬納米顆粒中的等離激元共振由于阻尼作用的存在無(wú)法長(zhǎng)期維持，會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生弛豫。表面等離激元的弛豫有兩種方式：一種是向外發(fā)射光子的輻射弛豫，金屬納米顆粒附近的電磁場(chǎng)強(qiáng)度得到增強(qiáng)，從而增強(qiáng)金屬納米顆粒表面吸附分子的信號(hào)，屬于物理變化；另一種為產(chǎn)生高能載流子的非輻射弛豫（圖1-3），當(dāng)金屬納米顆粒產(chǎn)生局域表面等離激元共振效應(yīng)時(shí)，光子的能量轉(zhuǎn)化為表面等離激元的能量，由于阻尼效應(yīng)的存在，表面等離激元會(huì)通過(guò)非輻射的形式進(jìn)行衰減。在這期間，電子獲得能量從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，形成一種非平衡的電子分布狀態(tài)。處于高能級(jí)的電子將能量進(jìn)一步傳遞給能量較低的電子，此時(shí)的電子分布為準(zhǔn)-費(fèi)米-狄拉克分布，這些電子也被稱為熱電子。當(dāng)金屬納米顆粒表面的吸附分子能級(jí)與高能載流子（電子／空穴）相匹配時(shí)，就會(huì)發(fā)生金屬-分子間的電荷轉(zhuǎn)移，熱電子進(jìn)入分子的LUMO軌道，熱空穴進(jìn)入分子的HOMO軌道，可能會(huì)使吸附分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。熱電子通過(guò)電子-聲子散射將能量轉(zhuǎn)移到晶格振動(dòng)，再通過(guò)聲子-聲子散射將能量通過(guò)熱的形式最終消散到周圍環(huán)境中，至此，光激發(fā)金屬納米顆粒表面產(chǎn)生的表面等離激元共振弛豫過(guò)程結(jié)束。圖1-3金屬納米顆粒中局域表面等離激元的弛豫[9]。Fig.1-3Relaxationoflocalsurfaceplasmonsinmetalnanoparticles[9].


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