AEM:提高13倍!Au/TiO2 2D光子晶体作为制氢的紫外可见光催化剂

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宽带隙半导体的贵金属修饰能够激发可见光范围内的表面等离子体激元,在弛豫时产生用于催化的热载流子。然而,这种策略导致光催化转化效率仍然很低。

基于此,西班牙巴塞罗那材料研究所Agustín Mihi和Anna Roig(共同通讯作者)等人报道了通过将二维(2D)光子晶体耦合到金(Au)修饰的二氧化钛(TiO2)上,并制备了一系列可扩展的Au/TiO2 2D光子光催化基材,这些基材经过精心设计,可将紫外(UV)线响应扩展到可见光区域,以从乙醇和水的气体混合物中制氢。
通过多功能微波(MW)辅助的软纳米压印光刻技术轻松扩展,以制备Au/TiO2 2D光子光催化剂。在第一个过程中,金纳米粒子(Au NPs)原位渗透到具有光子结构图案的介孔二氧化钛(mTiO2)支架的表面50 nm中,而在第二个过程中,实现了具有均匀体积分布的2D光子晶体中获得金胶体。光子晶体的光学特性对晶格参数、几何形状和金属负载的依赖性通过消光测量呈现并通过模拟进行分析。
2D光子光栅产生的衍射在结构化TiO2中产生增强的电场浓度,从而诱导更高的等离子体活性和热电子产生,最终导致TiO2/Au器件的催化性能增强。通过光学显微光谱和有限差分时域数值分析技术(FDTD)的数值模拟,探索了两种配置的光学特性以及2D晶格的不同晶格参数。对Au/TiO2的光催化性能进行测试,其产生氢气的速率最大为8.5 mmol gcat-1 h-1
与平面薄膜相比,最佳的2D光子光催化基材可吸收从紫外线到整个可见光区域的光,使产生氢气量提高13倍。这些结果可能为使用光子晶体作为光催化剂的太阳能收集制氢开辟新途径。
Au/TiO2 2D-Photonic Crystals as UV-Visible Photocatalysts for H2 Production. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202103733.
https://doi.org/10.1002/aenm.202103733.


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