Au-TiO 2 纳米粒子系统中电子激发及转移机制的研究
发布时间：2021-09-25 04:40
Au-TiO2纳米粒子系统对于高效太阳能电池以及光催化剂等领域具有重要的意义。在这些应用中,人们关注的核心物理问题是Au纳米粒子向TiO2纳米粒子的高效电子转移过程及其机制。以往的实验表明附着在半导体表面的贵金属纳米粒子与半导体间存在电子转移过程。但是,贵金属纳米粒子及半导体纳米粒子间的电子转移过程极其复杂,涉及到金属及纳米物理、半导体物理、界面物理、光激发过程以及电子输运等多学科,阐明该电子转移过程及机制,进而提高其转移效率是非常具有挑战性的。为此,人们也开展了大量的研究工作,主要是采用飞秒光泵浦-探测技术来研究Au-TiO2间的电子转移过程。虽然该技术可以给出一些关于电子激发和热电子动力学等方面的有用信息,但是,由于所采用的方法缺乏空间分辨能力,仅能给出Au-TiO2纳米粒子体系在时域的一些总体电子转移结果,无法获得单个金属和半导体纳米粒子对或包含几个金属及半导体纳米粒子构成的系统对整体复合粒子系统的电子转移的贡献,更不能给出不同粒子对间电荷转移机制的差别。因而,仅使用超快光泵浦-探测技术的研究...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
等离激元相关文章数目统计图
图 1.2 纳米球面产生局域表面等离激元原理图[5,7,8]粒子的等离激元太阳能电池研究概况ing Zhao 和 Hiromitsu Kozuka 用可见光照射覆有钛涂层的二氧化钛电极，并首次在实验中观测到粒子与 TiO2相结合，通过激发表面等离激元，在分离，进而形成光电流的物理机制[13]。这是一个带宽度非常宽（～3.0eV），虽然它是非常好的光能在极紫外光的辐照条件下形成光电流。贵金属掺杂法和光敏有机染料沉积法以外的全新研究思未完全理解光电流产生的原因，他们认为贵金属是光电流产生的物理机制。之后，该研究领域停a 和 Kamat 在分布有 Ag 纳米粒子的 TiO2中观察到条件下发生的可逆的颜色变化现象），Hirakawa 离激元诱导产生电荷分离和 Ag 纳米粒子的氧化所
长春理工大学博士学位（毕业）论文常近的偶极子能够将入射光的 96%散射耦合到基底材料中。图 1.3（b）所示为由 1.3（a）推导出的太阳能电池光程增强作用。对于一个置于 Si 表面的直径为 100nm 的 Ag半球面，它的光程增强可达 30 倍，而且这种陷光作用在等离激元共振谱的峰值处最为显著。F.J.Beck 和 A.Polman 通过改变 Ag 纳米粒子阵列的局部介电环境，对所形成的局域表面等离激元进行调节，使得 Si 基底在 1100nm 处的光吸收增加了 4 倍，太阳能电池的量子效率提高了 2.3 倍，并通过电池正面和背面的纳米粒子有效拓宽了电池的光谱吸收范围[22]。2010 年，M.Changjun 和 J.Jennifer 使用周期性的金属光栅实现了有机薄膜太阳能电池光吸收能力的提升，总的光吸收增强幅度高达 50%[23]。继此之后，越来越多的研究者致力于等离激元产生热电子在光生伏特和光催化领域的应用。近年来，研究者们提出了材料和结构多种组合的研究方向。比如，Au 纳米粒子和 TiO2纳米薄片多层结构[24]，Pt 分散在 TiO2薄膜上的结构[25]，Ag 装饰的 TiO2纳米棒阵列结构[26,27]，ZnO 装饰的 Au 纳米粒子[28,29]等。但是，主流的研究还是以 TiO2相接触的 Au 纳米粒子或 Ag 纳米粒子为研究对象[19,20,30-40]。
本文编号：3409107
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
等离激元相关文章数目统计图
图 1.2 纳米球面产生局域表面等离激元原理图[5,7,8]粒子的等离激元太阳能电池研究概况ing Zhao 和 Hiromitsu Kozuka 用可见光照射覆有钛涂层的二氧化钛电极，并首次在实验中观测到粒子与 TiO2相结合，通过激发表面等离激元，在分离，进而形成光电流的物理机制[13]。这是一个带宽度非常宽（～3.0eV），虽然它是非常好的光能在极紫外光的辐照条件下形成光电流。贵金属掺杂法和光敏有机染料沉积法以外的全新研究思未完全理解光电流产生的原因，他们认为贵金属是光电流产生的物理机制。之后，该研究领域停a 和 Kamat 在分布有 Ag 纳米粒子的 TiO2中观察到条件下发生的可逆的颜色变化现象），Hirakawa 离激元诱导产生电荷分离和 Ag 纳米粒子的氧化所
长春理工大学博士学位（毕业）论文常近的偶极子能够将入射光的 96%散射耦合到基底材料中。图 1.3（b）所示为由 1.3（a）推导出的太阳能电池光程增强作用。对于一个置于 Si 表面的直径为 100nm 的 Ag半球面，它的光程增强可达 30 倍，而且这种陷光作用在等离激元共振谱的峰值处最为显著。F.J.Beck 和 A.Polman 通过改变 Ag 纳米粒子阵列的局部介电环境，对所形成的局域表面等离激元进行调节，使得 Si 基底在 1100nm 处的光吸收增加了 4 倍，太阳能电池的量子效率提高了 2.3 倍，并通过电池正面和背面的纳米粒子有效拓宽了电池的光谱吸收范围[22]。2010 年，M.Changjun 和 J.Jennifer 使用周期性的金属光栅实现了有机薄膜太阳能电池光吸收能力的提升，总的光吸收增强幅度高达 50%[23]。继此之后，越来越多的研究者致力于等离激元产生热电子在光生伏特和光催化领域的应用。近年来，研究者们提出了材料和结构多种组合的研究方向。比如，Au 纳米粒子和 TiO2纳米薄片多层结构[24]，Pt 分散在 TiO2薄膜上的结构[25]，Ag 装饰的 TiO2纳米棒阵列结构[26,27]，ZnO 装饰的 Au 纳米粒子[28,29]等。但是，主流的研究还是以 TiO2相接触的 Au 纳米粒子或 Ag 纳米粒子为研究对象[19,20,30-40]。
本文编号：3409107
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