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近日，東南大學電子科學與工程學院研究團隊在等離激元-半導體異質結構光催化研究領域取得重要進展，相關研究成果于1月18日以"Enhanced Photocatalytic Reactions via Plasmonic metal-Semiconductor Heterostructures Combing with Solid-Liquid-Gas Interfaces（結合固-液-氣界面的等離激元金屬-半導體異質結構增強的光催化反應）"為題發表在國際頂級期刊Applied Catalysis B: Environmental上（影響因子19.503）（doi：10.1016/j.apcatb.2022.121102）。論文通過巧妙的技術方法精確設計并實現了高品質的納米晶體異質結構，通過系統的對比實驗揭示了等離激元三相光催化系統所包含的獨特的電子行為和光子-電子作用過程，并將其用于高效光催化。
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基于等離激元熱電子效應的固-液-氣三相光催化系統
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金屬-半導體異質結構具有等離激元熱電子效應，使得突破半導體帶隙寬度限制的可見光催化成為可能，已成為目前環境污染物處理方面的新興研究方向。研究團隊提出一種熱電子誘導的光還原合成方法，利用二氧化鈦與金屬等離激元納米結構形成異質結，通過改變催化薄膜的表面潤濕性質，構建了一種基于等離激元熱電子效應的固-液-氣三相高效光催化系統。利用這種三相系統，不僅在微觀上對熱電子的輸運通道進行了重構與優化，進而提高了熱電子的利用效率，而且在宏觀的催化體系中引入了清潔的含氧源并生成大量的活性氧物種（Reactive Oxygen Species-ROS），解決了傳統固-液體系中的活性氧不足的問題，進而顯著提高了光催化降解效率。值得一提的是，該工作是以目前應用廣泛的低成本商業二氧化鈦（P25）為原材料，在其基礎上采用納米修飾技術制備等離激元-半導體納米晶體，整個技術路線成本低廉，具有低成本、低能耗等優點，易于大批量合成。所制備的高效光催化異質結構納米材料可廣泛應用于自然水域的凈化，分解工業泄漏染料、有毒有害有機污染物等，在環境污染治理等領域具有廣泛的實用價值和商業化推廣前景。在機理機制方面，借助等離激元熱電子效應對半導體納米結構能帶的高效剪裁與調控，對發展基于等離激元新機理的探測器件、光伏器件等新興電子器件也具有重要的理論指導意義。
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該工作是國家重點研發計劃納米重大專項、國家自然基金面上項目資助下的重要成果。將先進的電子學原理、納米光子技術等前沿科研方向，與社會急需解決的重要實際問題相結合，開展原創的科學研究，培養專業梯隊人才，是研究團隊所探索的一條產、學、研結合之路。該論文第一作者是電子科學與工程學院博士生王善江，導師張彤教授為通訊作者，此項工作為東南大學電子科學與工程學院張彤教授團隊獨立完成，東南大學為唯一單位。
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來源：東大新聞網，原文鏈接：https://news.seu.edu.cn/2022/0119/c5527a397930/page.htm
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