取向纳米粒子阵列的光电化学制备及光电催化性质研究

相对于基底高度取向的各向异性纳米粒子阵列是许多纳米器件实现特定功能的基础，但如何控制纳米粒子生长过程中与基底的取向是相关研究面临的挑战。本项目拟在纳米粒子表面电化学成核和生长过程中引入"光控调节"的思想，利用"光控调节因素"（如光的波长、强度、偏振方向和入射角度等）对粒子生长取向的显著影响，使纳米材料的表面生长获得"光控调节因素"和"电位调节因素"的双重作用。从而有可能通过改变"光控调节因素"和"电位调节因素"，实现两者的协同，使各向异性纳米材料相对于基底的生长取向获得显著的可控性，发展出可以调控纳米材料生长取向的新方法；阐明在控制电位条件下"光控调节因素"对粒子生长取向的影响规律；揭示"光控调节因素"和"电位调节因素"的作用机理及相互影响规律；探索纳米粒子的生长取向与其光电催化性质之间的内在联系。

相对于基底高度取向的纳米粒子阵列是许多纳米器件实现特定功能的基础，但如何控制纳米粒子的生长取向，并阐明取向纳米粒子阵列的特异物理化学性质是相关研究面临的挑战。本项目在纳米粒子表面成核和生长过程中引入“电位调节”和“光控调节”的思想，发展可以调控纳米材料生长取向的新方法，并探索纳米粒子的生长取向与其光电催化性质之间的内在联系。.主要研究内容包括：研究可以对纳米粒子粒径、形貌、结构、生长取向进行调控的电化学方法；研究光驱动水解反应中光的波长、强度等因素对金属盐水解反应的影响，探索光驱动水解反应制备金属氧化物纳米粒子的方法；研究“电位调节因素”和“光控调节因素”对纳米粒子在半导体材料表面生长的影响规律，揭示两者的作用机理及相互影响规律，发展制备高度取向的复合纳米材料的光电化学方法；研究半导体及半导体复合电极材料的结构、形貌及生长取向与其光电催化性质之间的内在联系，探索具有优异光电催化性质的光电极材料。.主要研究结果包括：（1）阐明了电沉积条件对贵金属纳米粒子粒径、形貌、结构、生长密度、取向的影响规律；实现贵金属纳米粒子的表面可控沉积，并成功制备出垂直于基底取向的贵金属纳米片、锥阵列。（2）发现复色光和单色光照均能够引发部分贵金属前驱体溶液的水解反应，生成金属氧化物纳米粒子，阐明了单色光的波长、强度等因素对水解反应及纳米粒子形成过程的影响规律。（3）发现了半导体表面光电化学沉积过程中“电位调节因素”和“光控调节因素”对催化剂纳米粒子表面生长过程的不同影响规律，发展出可以调控纳米粒子生长位点、生长密度和粒径等进行调控的光电化学方法。（4）成功制备出多种有序纳米线、纳米片复合光电极材料（WO3纳米线阵列/-三氧化二铁/磷酸钴、Ag/Ag3PO4、CuO/Pd等），阐明取向纳米结构与光电催化性质的关系，并利用上述复合光电极材料实现了高效光电催化分解水。.我们所发展的制备取向纳米粒子阵列的电化学沉积法为有序纳米粒子阵列的无模板制备提供了新的思路；我们采用半导体表面光电化学沉积法制备的多种复合光电极材料具有优异的光电催化性能，所获得的光解水电流密度是同种半导体材料中最高或较高的，在该领域具有较为重要的科学意义。