【催化】具有高催化产氢性能的等离子体Cu@Cu2O/ZnO异质结纳米晶

东南大学的娄永兵教授团队和上海交通大学的赵一新教授合作，通过合成Cu@Cu2O/ZnO的异质结结构来稳定Cu纳米晶的plasmon，成功利用Cu的等离子体增强效应来提高复合材料的光解水产氢性能。

Wed Jun 27 00:00:00 CST 2018 X一MOL资讯

‍‍‍

Cu是地球上丰富和廉价的金属，具有局域表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）效应，有望作为稀缺和昂贵的贵金属替代品。近日，东南大学的娄永兵教授团队和上海交通大学的赵一新教授合作，通过合成Cu@Cu₂O/ZnO的异质结结构来稳定Cu纳米晶的plasmon，成功利用Cu的等离子体增强效应来提高复合材料的光解水产氢性能。

近年来，Au或Ag等贵金属具有LSPR效应，且具有高化学稳定性，已广泛用于生物、环境技术和光催化等领域。Cu纳米晶虽然具有LSPR性质且价格低廉，但是其化学性质不稳定，在空气中易氧化，形成Cu₂O而影响其光学性质，由此限制了应用。纳米粒子在空气中不稳定是金属纳米晶应用首要解决的难题。常见的解决纳米粒子不稳定的方法是合成复合的纳米复合物，例如“支撑”结构、“核壳”结构、“内嵌”结构或者“中空核壳”结构。

东南大学研究团队制备的具有棒棒糖结构的Cu@Cu₂O/ZnO纳米晶很好地提高了Cu纳米晶的稳定性。众所周知，ZnO是一种n型半导体和潜在的能源材料，且具有显著的化学稳定性和热稳定性；同时具有良好的半导体性质，特别是带隙为3.37 eV，激子结合能为60 meV。但是，ZnO只能吸收太阳光的紫外光，只占太阳光能量极少的一部分，而且其光生电子和空穴容易发生淬灭，降低了其光催化产氢性能。但是，将ZnO与Cu@Cu₂O纳米晶复合可以形成具有棒棒糖形状的异质结结构，不仅可以提高Cu纳米晶的稳定性以保留其等离子体性能，而且可以抑制ZnO光生电子和空穴的淬灭，极大地提高ZnO的光催化产氢性能。这一成果近期发表在ChemSusChem 上，文章的第一作者是东南大学的娄永兵教授。