Au纳米结构耦合TiO2一维微纳结构的构筑及其光学和光解水性能调控研究

基本信息
批准号:61575225
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:王文忠
学科分类:
依托单位:中央民族大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:付军丽,梁玉洁,李华,贾志伟,王涛,许杰,张伟伟,曹文强
关键词:
氧化物等离激元光学材料微纳结构异质结光学纳米晶
结项摘要

As for scientific research and practical applications, a study on controlling optical and photocatalytic water splitting properties of Au@TiO2 one-dimensional (1D) micro- and nano-structures is very important to fabricate high-performance TiO2-based photovoltaic and solar energy photoelectric chemical cells and their applications in conversion of solar energy to power, and generation of hydrogen by photocatalytic water splitting. In this project, on the basis of SPR property of Au nanostructures and unique structural feature and optoelectronic property of 1D TiO2 micro- and nano-structures, our aim is to fabricate Au@TiO2 1D micro- and nano-structures with controlled optical and photocatalytic water splitting properties. We will design and develop a new strategy to fabricate Au@TiO2 1D micro- and nano-structures with controlled morphology and size. We also will investigate and tailor the optical and photocatalytic water splitting properties of the as-achieved Au@TiO2 1D micro- and nano-structures. A rational mechanism in light absorption in entire UV-visible region, and conversion and separation of electron-hole pairs of Au@TiO2 1D micro- and nano-structures will be proposed, based on the experimental results of optical properties. We will elucidate the enhanced mechanism of photocatalytic water splitting of 1D Au@TiO2 micro- and nano-structures, on the bases of the investigations of photocatalytic water splitting properties. The results of this project will provide experimental and theoretical guidance for the controlled fabrication of Au@TiO2 1D micro- and nano-structures, and tailoring their optical and photocatalytic water splitting properties. In addition, the results of this project will lay a scientific foundation for practical applications of Au@TiO2 1D micro- and nano-structures with high-performance conversion efficiency of solar energy to power, and high-performance hydrogen generation efficiency by photocatalytic water splitting.

开展Au@TiO2一维微纳结构的光学和光解水性能调控研究对于设计高性能TiO2基太阳能光电转换电池、太阳能光电化学电池等器件及其在太阳能光电转换和光解水制取清洁能源氢等领域具有重要的科学意义和应用价值。本项目基于Au纳米结构的SPR特性和TiO2一维微纳结构独特的结构及光电性能,以获得光学和光解水性能可控的Au@TiO2一维微纳结构为研究目标,开展 Au@TiO2一维微纳结构的可控构筑及其光学和光解水性能调控研究。通过对Au@TiO2一维微纳结构光学性能的调控研究,阐明微纳结构在紫外可见光光谱范围内的光吸收机制和光生载流子的转移和分离机制,通过对Au@TiO2一维微纳结构光解水性能的调控研究,揭示微纳结构光解水性能增强机制,为Au@ TiO2一维微纳结构的可控构筑及其光学和光解水性能调控提供实验与理论指导,为高效光电转换和光解水制氢的Au@TiO2一维微纳结构的应用研究奠定科学基础。

项目摘要

TiO2的光学和光解水性能调控研究是提高TiO2基太阳能光电转换电池和太阳能光电化学电池等器件太阳能直接转换为电能和光解水制取清洁能源氢等太阳能开发利用效率的关键基础。. 主要研究内容:. (1)发展了在NaOH 溶液中水热处理TiO2 纳米粒子制备TiO2 一维微纳结构的方法,研究NaOH 浓度,反应温度和时间等对TiO2 一维微纳结构的成分、结晶性、微观结构和形态的影响,阐明了TiO2 一维微纳结构的生长机制。(2)发展了在NaOH 溶液中水热处理Ti 薄制备TiO2 一维微纳结构的方法,研究NaOH 浓度,反应温度和时间等对TiO2 一维微纳结构的成分、结晶性、微观结构和形态的影响,阐明了TiO2 一维微纳结构的生长机制。(3)发展了一种简单易行的在导电玻璃片上制备TiO2纳米线阵列结构的方法;设计和发展了简单易行异相成核与生长技术构筑TiO2/Au纳米线阵列结构的新方法,通过控制异相成核与生长条件,实现了Au纳米粒子负载量的有效调控,系统研究了TiO2/Au纳米线阵列结构的形态、尺寸、微观结构、成分和元素价态特性;用光吸收技术研究了纳米线阵列结构的光吸收特性;用电化学工作站/光电化学池相结合集成探测技术研究了TiO2/Au纳米线阵列结构的光解水性能、光生载流子转移和分离机制以及光电极活性增强机制;用微区激光拉曼集成系统研究了TiO2/Au纳米线阵列结构的拉曼光学特性。. 取得的重要研究成果:. (1)设计和发展了一种构筑具有表面等离子共振效应的TiO2/Au纳米线阵列结构的新方法;(2)实现了TiO2/Au纳米线阵列结构的光吸收从紫外光区拓展到了可见光区;(3)实现了TiO2/Au纳米线阵列结构在可见光驱动下的光分解水制取清洁能源氢,为TiO2/Au纳米线阵列结构基太阳能光电转换电池和太阳能光电化学电池等器件的研制及其在太阳能直接转换为电能和光解水制取清洁能源氢等领域的应用提供了关键实验基础;(4)发展了一种高灵敏度TiO2/Au纳米线阵列结构基表面增强拉曼传感器,揭示了所研制表面增强拉曼传感器的增强机制,为高检测灵敏度TiO2/Au纳米线阵列结构基表面增强拉曼传感器的研制提供了关键实验基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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