Citation: Yanrui Li, Yu Guo, Ran Long, Dong Liu, Daming Zhao, Yubo Tan, Chao Gao, Shaohua Shen, Yujie Xiong. Steering plasmonic hot electrons to realize enhanced full-spectrum photocatalytic hydrogen evolution[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(3): 453-462. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62938-3
				
			
			基于等离激元热电子调控的全谱光催化产氢增强
本文尝试将"表面异质结"与肖特基结相结合的复合结构,得以有效地调控等离激元热电子的迁移.在该复合结构中,金纳米颗粒和铂纳米颗粒分别作为等离激元吸光单元和助催化剂,集成在TiO2纳米片表面.其中"表面异质结"是由TiO2纳米片的两种不同表面晶面所构成,我们选择由{001}和{101}两组晶面组成的TiO2纳米片作为半导体衬底.该结构中的{001}晶面导带能级高于{101}导带能级,因而电子由高能级的{001}流向低能级的{101}晶面,可以用来引导等离激元热电子从可见光响应的金纳米颗粒向TiO2进行高效转移.通过巯基丙酸的桥联作用,将等离激元Au纳米颗粒锚定在TiO2纳米片的{001}晶面上,获得Au-TiO2{001}样品.另一方面,利用TiO2纳米片自身光生电荷导向性光沉积,得到与{101}晶面结合形成的Au-TiO2{101}样品.我们对两组样品进行光电流和光催化产氢实验对比,确认在"表面异质结"诱导下Au-TiO2{001}样品中Au产生的光生热电子可以更好地注入到TiO2纳米片导带上.我们进一步通过光沉积Pt纳米颗粒来判定光生电子所能到达的区域,验证了以上结论.与此同时,肖特基结由铂纳米颗粒与TiO2纳米片所形成,可以促使电子由TiO2向铂纳米颗粒进行转移,而避免发生向金纳米颗粒的反向迁移,从而在Au-TiO2体系中实现高效的单向载流子转移.基于该设计,等离激元光催化剂实现了明显改善的全谱光催化产氢性能.本文为全谱光催化的复合结构理性设计提供了一个新的思路.
English
Steering plasmonic hot electrons to realize enhanced full-spectrum photocatalytic hydrogen evolution
- 
							
- 
			
[1] X. Chen, S. S. Mao, Chem. Rev., 2007,107, 2891-2959.
 - 
			
[2] G. Liu, L. Z. Wang, H. G. Yang, H. M. Cheng, G. Q. Lu, J. Mater. Chem., 2010, 20, 831-843.
 - 
			
[3] O. K. Varghese, M. Paulose, C. A. Grimes, Nat. Nanotechnol., 2009, 4, 592-597.
 - 
			
[4] X. L. Hu, G. S. Li, J. C. Yu, Langmuir, 2010, 26, 3031-3039.
 - 
			
[5] S. P. Albu, A. Ghicov, J. M. Macak, R. Hahn, P. Schmuki, Nano Lett., 2007, 7, 1286-1289.
 - 
			
[6] A. Kudo, Y. Miseki, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 253-278.
 - 
			
[7] M. Zeng, Y. Z. Li, M. Y. Mao, J. L. Bai, L. Ren, X. J. Zhao, ACS Catal., 2015, 5, 3278-3286.
 - 
			
[8] Z. J. Ning, H. N. Tian, C. Z. Yuan, Y. Fu, H. Y. Qin, L. C. Sun, H. Agren, Chem. Commun., 2011, 47, 1536-1538.
 - 
			
[9] A. Kongkanand, K. Tvrdy, K. Takechi, M. Kuno, P. V. Kamat, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 4007-4015.
 - 
			
[10] Y. B. Chen, L. J. Guo, J. Mater. Chem., 2012, 22, 7507-7514.
 - 
			
[11] S. X. Min, G. X. Lu, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 13938-13945.
 - 
			
[12] R. Shi, Y. H. Cao, Y. J. Bao, Y. F. Zhao, G. I. N. Waterhouse, Z. Y. Fang, L. Z. Wu, C. H. Tung, Y. D. Yin, T. R. Zhang, Adv. Mater., 2017, 29, 1700803.
 - 
			
[13] K. Wu, J. Chen, J. R. McBride, T. Lian, Science, 2015, 349, 632-635.
 - 
			
[14] S. Linic, U. Aslam, C. Boerigter, M. Morabito, Nat. Mater., 2015, 14, 567-576.
 - 
			
[15] C. Zhou, L. Shang, H. J. Yu, T. Bian, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Catal. Today, 2014, 225, 158-163.
 - 
			
[16] J. M. Liu, L. Han, H. Y. Ma, H. Tian, J. C. Yang, Q. C. Zhang, B. J. Seligman, S. B. Wang, J. Liu, Sci. Bull., 2016, 61,1543-1550.
 - 
			
[17] X. N. Wang, R. Long, D. Liu, D. Yang, C. M. Wang, Y. J. Xiong, Nano Energy, 2016, 24,87-93.
 - 
			
[18] W. Y. Jiang, S. Bai, L. M. Wang, X. J. Wang, L. Yang, Y. R. Li, D. Liu, X. N. Wang, Z. Q. Li, J. Jiang, Y. J. Xiong, Small, 2016, 12, 1640-1648.
 - 
			
[19] S. J. Tan, L. M. Liu, Y. N. Dai, J. D. Ren, J. Zhao, H. Petek, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 6160-6168.
 - 
			
[20] X. F. Zhou, C. Hu, X. X. Hu, T. W. Peng, J. H. Qu, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 2746-2750.
 - 
			
[21] S. F. Hung, F. X. Xiao, Y. Y. Hsu, N. T. Suen, H. B. Yang, H. M. Chen, B. Liu, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1501339.
 - 
			
[22] S. Bai, J. Jiang, Q. Zhang, Y. J. Xiong, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 2893-2939.
 - 
			
[23] H. Yoo, C. Bae, Y. Yang, S. Lee, M. Kim, H. Kim, Y. Kim, H. Shin, Nano Lett., 2014, 14, 4413-4417.
 - 
			
[24] A. Tanaka, K. Nakanishi, R. Hamada, K. Hashimoto, H. Kominami, ACS Catal., 2013, 3, 1886-1891.
 - 
			
[25] H. X. Li, Z. D. Li, Y. H. Yu, Y. J. Ma, W. G. Yang, F. Wang, X. Yin, X. D. Wang, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 12071-12079.
 - 
			
[26] S. W. Liu, J. G. Yu, M. Jaroniec, Chem. Mater., 2011, 23, 4085-4093.
 - 
			
[27] J. G. Yu, J. X. Low, W. Xiao, P. Zhou, M. Jaroniec, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8839-8842.
 - 
			
[28] L. L. Wang, J. Ge, A. L. Wang, M. S. Deng, X. J. Wang, S. Bai, R. Li, J. Jiang, Q. Zhang, Y. Luo,Y. J. Xiong, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5107-5111.
 - 
			
[29] X. H. Li, M. Antonietti, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6593-6604.
 - 
			
[30] H. L. Wang, L. S. Zhang, Z. G. Chen, J. Q. Hu, S. J. Li, Z. H. Wang, J. S. Liu, X. C. Wang, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 5234-5244.
 - 
			
[31] P. Wang, B. B. Huang, X. Y. Qin, X. Y. Zhang, Y. Dai, J. Y. Wei, M. H. Whangbo, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 7931-7933.
 - 
			
[32] P. Yu, X. M. Wen, Y. C. Lee, W. C. Lee, C. C. Kang, J. Tang, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4, 3596-3601.
 - 
			
[33] X. G. Han, Q. Kuang, M. S. Jin, Z. X. Xie, L. S. Zheng, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 3152-3153.
 - 
			
[34] D. W. Ding, K. Liu, S. N. He, C. B. Gao, Y. D. Yin, Nano Lett., 2014, 14, 6731-6736.
 - 
			
[35] W. Li, Z. X. Wu, J. X. Wang, A. A. Elzatahry, D. Y. Zhao, Chem. Mater., 2014, 26, 287-298.
 - 
			
[36] Z. K. Zheng, B. B. Huang, J. B. Lu, X. Y. Qin, X.Y. Zhang, Y. Dai, Chem. Eur. J., 2011, 17, 15032-15038.
 - 
			
[37] J. Schneider, M. Matsuoka, M. Takeuchi, J. L. Zhang, Y. Horiuchi, M. Anpo, D. W. Bahnemann, Chem. Rev., 2014, 114, 9919-9986.
 - 
			
[38] R. T. Tung, Appl. Phys. Rev., 2014, 1, 011304.
 - 
			
[39] J. R. Ran, J. Zhang, J. G. Yu, M. Jaroniecc, S. Z. Qiao, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7787-7812.
 - 
			
[40] H. L. Wang, Y. H. Wang, Z. W. Zhu, A. Sapi, K. An, G. Kennedy, W. D. Michalak, G. A. Somorjai, Nano Lett., 2013, 13, 2976-2979.
 
 - 
			
 - 
							
							
							
							
							
						 
						扫一扫看文章
					计量
- PDF下载量: 8
 - 文章访问数: 2666
 - HTML全文浏览量: 220
 

下载: