基于贵金属异质结构的等离子激元纳米材料及光调控催化性能的研究

The unique property of Surface Plasmon Resonance (SPR) on noble metal nanoparticles has recently facilitated the rapid progress of Plasmonic Materials (PM) in photoelectric converse, biosensing and catalyst. This program is developing novel nanometallic Plasmonic Materials for environmental and energy applications such as wastewater treatment, water splitting, fuel cell electrode materials. The research will focus on fabricating the metallic hetero-nanostructures to improve the separation of electrons and holes in Plasmonic Materials. The simulation software of FDTD and RCWA will be used to calculate the localized Surface Plasmon Resonance properties. The hetero-nanostructure of Metal/Metal, Metal/Semiconductor etc. will be designed and prepared. The nanomaterials will be synthesized by using wet chemistry, characterized by SEM, TEM, UV-vis, electrochemistry technique and GC, HLPC. The theory of LSPR electric field, Schottky contact, functions of noble metals, and the electrochemical potentials of redox groups will be used for the interpretation charge separation and transfer that affects electrochemical catalysis, photocatalysis, and organic catalysis. The implementation of this project will provide new materials for environmental and energy areas and benefit the development of metal functional materials and Plasmonic materials.

贵金属纳米粒子表面独特的SPR特性使等离子激元材料(Plasmonic Materials，PM)成为光电转换、生物传感、催化等领域新兴热点。项目瞄准环境与能源领域(废水处理、分解水制氢、燃料电池电极材料)，利用SPR共振产生热电子对催化剂表面的活化机制，创制新型PM金属纳米功能材料。核心是采用异质结纳米结构调控光照下PM材料电子空穴分离效率和表面能量分布，改善催化性能。拟采用FDTD和RCWA模拟软件计算纳米结构的LSPR共振特性，设计异质结(金属/金属、金属/半导体等)纳米粒子，通过湿化学法合成，采用SEM、TEM、UV-vis、电化学、色谱等技术表征应用。结合LSPR场分布、肖特基势垒、功函数、电极电势等理论阐释光诱导下金属纳米粒子表面电荷分离和传输对催化活性位点的调控。项目的完成将为环境和能源等领域提供新的催化材料和研究方法，促进金属功能材料和新兴PM材料学发展，具有重要学术意义。

项目瞄准贵金属异质结构及低维纳米材料在能源与健康领域的应用，通过实验设计和理论模拟，创制新型异质结构纳米材料，探索了这些材料在光电催化领域的基础和应用研究。具体研究内容包括：.1.基于金属异质结构纳米材料制备新方法，应用于光、电催化水分解制氢产氧，燃料电池正极醇类催化反应、负极氧还原反应。制备基于金属纳米盘和半导体MoS2异质结纳米材料的单原子Co/MoS2纳米析氢电催化剂，创造性的开发化学法诱导相变制备金属相MoS2并通过SPR光诱导调控电化学析氢性能的方法；.2.制备系列金属及半导体纳米材料及其异质结构用于光催化水分解、光电化学水分解，光催化染料降解、光催化有机反应、电催化N2还原反应等，创造性地利用化学法合成具有莫尔条纹能带可调的二维BiOCl光催化剂；.3.探索了贵金属及其合金纳米材料合成、制备机理，并将这些材料成功的应用到各类催化体系中；.4.开发几种基于异质结纳米材料的生物检测体系，用于肿瘤标识物、葡萄糖、金属离子等的分析检测。.我们出色完成本项目，取得多项突破性的成果。共计发表SCI论文48篇，影响因子大于10的论文11篇，还有多篇正在修改之中。共计申请中国发明专利29项，其中10项已授权。本项目的完成将为新一代生物分析检测技术的发展提供关键方法和材料，促进生物分析和新兴SPR材料学发展，具有重要的学术意义。项目资助培养博士研究生16人（10人已毕业，6人在读），硕士研究生21人（13人已毕业，8人在读），培养了20名本科生在实验室内完成毕论文计和各类校内创新创业项目。