隨著日益嚴重的能源危機與環(huán)境污染問題,開發(fā)一種新型清潔的能源迫在眉睫。其中,利用光催化劑進行光化學轉換受到了廣泛的關注。目前所采用的光催化劑主要為半導體,但是研究表明,金銀等具有表面等離激元共振效應的納米結構也能夠有效的將太陽能轉化為化學能。這些金屬納米粒子能夠將光子的能量轉化為納米粒子內部高能載流子的能量,這些高能載流子能夠轉移到吸附在納米顆粒上的分子上或者重新復合釋放熱量,從而誘導化學反應。在本文中,基于金、銀、鈀等貴金屬納米結構的表面等離激元共振效應,合理設計催化劑的結構,用光照射,探究了其對醇類燃料電池及在抗壞血酸檢測方面的應用,研究內容如下: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甲醇氧化反應（MOR）的影響。光照下Au NRs對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,詳細研究了可見光光強和波長對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... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數】：84 頁

【學位級別】：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示意圖

青島科技大學研究生學位論文3面等離激元（LSP）。同樣，當入射光頻率與等離激元的振蕩頻率相匹配時，振幅最大，這種現象叫做局域表面等離激元共振（LocalizedSurfacePlasmonResonance,LSPR）[12],如圖1-1所示。假設有一半徑為a（a<<λ）的金屬納米顆粒處于場強為E的均勻電場中，如圖1-2所示，介電常數為εm，電場方向平行于z軸方向。圖1-2金屬納米顆粒的靜電模型Fig.1-2Theelectrostaticmodelofametalnanoparticles.在以球心為原點的坐標中，電勢▽2Φ＝０，電場強度E＝-▽Φ。則金屬納米顆粒內外的電勢分別為▽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外電勢相等Φout=Φin(r=a)，且滿足=ε(=)1r=1r(=)lim→=cos若處于無窮遠處的靜電場不受干擾，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能為外加電場的勢能與納米顆粒中心的偶極子勢能的相加，偶極子勢能為=/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貴金屬納米結構電催化研究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與半徑的函數。當|+2|取最小值時，極化率達到最大值，當入射光子的振蕩頻率與等離激元的振蕩頻率一致時，就會產生LSPR現象了。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法長期維持，會在很短的時間內發(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強度得到增強，從而增強金屬納米顆粒表面吸附分子的信號，屬于物理變化；另一種為產生高能載流子的非輻射弛豫（圖1-3），當金屬納米顆粒產生局域表面等離激元共振效應時，光子的能量轉化為表面等離激元的能量，由于阻尼效應的存在，表面等離激元會通過非輻射的形式進行衰減。在這期間，電子獲得能量從低能級躍遷到高能級，形成一種非平衡的電子分布狀態(tài)。處于高能級的電子將能量進一步傳遞給能量較低的電子，此時的電子分布為準-費米-狄拉克分布，這些電子也被稱為熱電子。當金屬納米顆粒表面的吸附分子能級與高能載流子（電子／空穴）相匹配時，就會發(fā)生金屬-分子間的電荷轉移，熱電子進入分子的LUMO軌道，熱空穴進入分子的HOMO軌道，可能會使吸附分子發(fā)生化學反應。熱電子通過電子-聲子散射將能量轉移到晶格振動，再通過聲子-聲子散射將能量通過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生的表面等離激元共振弛豫過程結束。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].


本文編號：2975713