Au@ZnO納米顆粒自組裝陣列研究取進展

據合肥物質科學院報道：近期，固體所微納技術與器件研究室李越研究員課題組與濟南大學李村成教授合作，在Au@ZnO核殼納米顆粒自組裝及光電催化析氫性能研究方麵取得重要進展，相關研究結果發表在國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 31897-31906 (2017))上。

圖1. Au@ZnO核殼納米粒子(a) 低倍TEM圖，(b) 高倍TEM圖，(c) SEM圖，(d) HRTEM圖。

　　guangdiancuihuafenjieshuizhiqingshiliyongtaiyangnengzhibeiranliaodelixiangtujingzhiyi
，guangdiancuihuajiangyouwangchengweijiejuemuqianriyiyanzhongdenengyuanweijihehuanjingwentidezhongyaojishu。zaiguangdiancuihuafenjieshuideguangyangjicailiaoyanjiuzhong，ZnO由於其光穩定性高、催化活性良好、材料元素儲量豐富等優點而受到廣泛的關注。但其導電性差、光生電子-空穴複合速率快、光吸收範圍窄等缺點
，限製了ZnO的發展和大規模應用。研究表明
，通過納米結構設計
、元素摻雜及負載電催化劑等方法能有效降低體相及表麵的光生載流子複合率
，進而提高ZnO在光電催化分解水製氫過程中的活性。但目前這些研究工作取得的進展與實際要求相比還有較大差距，需要進一步提高ZnO光陽極的催化活性。

鑒於此，李越研究員課題組與李村成教授合作
，以具有局域表麵等離子體增強效應的Au@ZnO核殼納米顆粒 (圖1)為原料，采用氣液界麵自組裝的方法，構築了尺寸及薄膜層數可控的Au@ZnO納米顆粒陣列。在光激發下，Au@ZnO核殼納米顆粒中的Au納米顆粒表麵產生等離子體共振效應，形成熱電子注入到ZnO殼層
，而在ZnO殼層中產生的光生空穴同時會向Au核快速遷移。如此
，使得ZnO殼層中光生電子-空穴分離效率提高，形成了具有高效光生電荷分離的光陽極薄膜材料(圖2)；進而有效提高Au@ZnO光陽極薄膜材料光電催化性能。實驗結果表明，在模擬太陽光照射條件下 (AM 1.5G)，Au@ZnO光陽極薄膜材料表現出了優異的光電催化活性及穩定性，在0.4V的電壓下電流密度可達3.08 mA/cm2(圖3)。gaixiangyanjiujieguoduiruheyouxiaodicujinbandaoticailiaodeguangshengdianhekuaisufenliyuqianyiyoujiejianzuoyong，bingduigoujiangaoxiaotaiyangnengguangdiancuihuafenjieshuitixijuyouyidingzhidaoyiyi。

圖2. 不同尺寸Au@ZnO核殼納米粒子薄膜陣列的掃描電鏡圖。

圖3. Au@ZnO光陽極薄膜材料光電催化的 (a)電流-時間曲線，(b) 電流密度-電壓曲線。

　　以上研究得到了中科院交叉團隊項目和國家自然科學基金項目資助。

　　全文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b09325