本技术涉及一种新型等离子体金属硅纳米催化剂,包括硅基底、硅纳米晶和金属纳米颗粒。该催化剂的制备方法简便,可广泛应用于催化领域。
背景技术
等离子体金属(PM)在可见光乃至近红外光谱范围内可以产生局部表面等离子体共振(LSPR)效应,该效应使等离子体金属具有显著增强的光捕获能力,从而赋予了等离子体纳米粒子(PMNPs)作为光催化剂良好的前景。自本世纪初以来,等离子体金属的纳米结构在多相催化领域得到了广泛研究。这种兴趣源于它们相较于块体金属的独特物理化学性质,包括形貌效应、温和的反应条件,以及与其他贵金属相比相对较低的成本和毒性等。
然而,等离子体金属纳米粒子(PMNPs)由于超快的电子—电子散射导致热电子的损失,往往面临催化活性不足的困境。将等离子体金属纳米粒子与半导体相结合是一种有效的策略,通过这种方法可以利用更多的光生电子,从而解决这一问题。等离子体诱导的界面电荷转移能够将电子从金属激发并转移到半导体中。这种复合材料中的肖特基势垒可以促进电荷载流子的迁移,减少载流子的复合,从而提高催化效率。然而,热电子转移与超快电子-电子散射之间的强烈竞争仍是主要挑战。此外,这些材料之间较弱的电子相互作用导致光激发的电荷载流子局限在半导体或PMNPs表面,限制了许多半导体-金属复合材料的实际应用。
目前已经有一些报道构建了等离子体金属纳米粒子(PMNP)与半导体基底的复合材料。然而,这些基底材料接收载流子的能力有限,导致载流子的分离效果不佳,进而影响催化活性。此外,为了稳定PMNPs颗粒,合成过程中常使用额外的化学稳定剂和还原剂,这些化学物质可能在颗粒表面残留,减少有效的吸附位点同时影响载流子传输,进而阻碍了催化性能。尽管已经有一些报道尝试去除PMNPs上的化学残留物,但通常操作复杂、耗时。因此,开发一种简便的合成方法制备等离子体金属/半导体复合材料,在获得具有裸露表面的PMNPs同时与所需的半导体基底进行结合,成为了高效等离子体催化领域的研究重点。
实现思路