表面等离子体共振与光催化

纳米材料光催化原理的应用1. 引言纳米材料光催化原理是一种利用纳米材料对光的吸收和转化能力进行催化反应的技术。

随着纳米科学和纳米技术的快速发展，纳米材料光催化在环境治理、能源转换等领域展现出巨大的应用潜力。

2. 纳米材料光催化原理纳米材料具有特殊的光物理和光化学特性，使其对光的吸收和转化能力得到了极大的提高。

常见的纳米材料包括纳米粒子、二维材料、量子点等。

纳米材料的光催化原理主要包括以下几个方面：2.1 表面等离子体共振效应纳米材料表面的等离子体共振效应是纳米材料光催化的重要原理之一。

当纳米材料吸收光能时，表面的电荷会集中，形成强烈的电磁场，促使催化反应的发生。

这种效应可以显著增强纳米材料的光吸收能力和光催化活性。

2.2 光催化剂的能带结构调控纳米材料的能带结构对其光催化性能有重要影响。

通过调控纳米材料的能带结构，可以改变其光吸收和电子传输等性质，从而提高光催化的效率。

常用的方法包括掺杂、组合和结构调控等。

2.3 光生电子-空穴对的产生和利用纳米材料光催化反应的基本过程是光生电子-空穴对的产生和利用。

在光照条件下，纳米材料吸收光能并产生电子-空穴对，电子和空穴参与催化反应。

这些电子-空穴对可以有效地参与氧化还原反应、自由基的产生和抑制等过程，进而实现催化效果。

3. 纳米材料光催化的应用纳米材料光催化具有广泛的应用前景，在环境治理、能源转换和有机合成等领域都有重要的应用价值。

3.1 环境治理纳米材料光催化在环境治理领域具有重要的应用价值。

通过光催化反应，纳米材料可以将有害物质转化为无害物质。

例如，纳米二氧化钛催化剂可以将有机污染物和有害气体分解为CO2和H2O，从而实现有害物质的去除和净化。

3.2 能源转换纳米材料光催化在能源转换领域也有重要的应用。

通过光催化反应，纳米材料可以将太阳光转化为电能或燃料。

例如，纳米量子点可以将太阳光转化为电能，用于太阳能电池的制备。

纳米金属络合物也可以将光能转化为燃料，用于光催化水分解制氢。

2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。

本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。

本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。

关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。

等离子体光催化等离子体光催化是一种应用等离子体技术和光催化技术相结合的新兴领域。

通过将等离子体技术与光催化技术相结合，可以实现更高效、更环保的催化反应。

等离子体是一种高能态的物质，具有高温、高能量的特性。

光催化是指利用光能激发催化剂表面的电子，从而促使催化反应发生。

将等离子体技术与光催化技术结合起来，可以充分利用等离子体的高能量和光催化的高效率，实现更高效的催化反应。

在等离子体光催化中，等离子体作为激发源，可以提供高能量的电子和离子。

这些高能粒子可以激发催化剂表面的电子，从而促使催化反应发生。

与传统的光催化相比，等离子体光催化具有更高的能量转化效率和更快的反应速率。

等离子体光催化在环境治理、能源转换等领域具有广泛的应用前景。

在环境治理方面，等离子体光催化可以用于降解有机污染物、净化废水和废气。

在能源转换方面，等离子体光催化可以用于光催化水分解产生氢气、光催化二氧化碳还原产生燃料等。

然而，等离子体光催化技术目前还存在一些挑战和问题。

首先，等离子体产生和稳定化的技术还不够成熟，需要进一步的研究和改进。

其次，催化剂的选择和设计也是一个关键问题。

合适的催化剂可以提高催化反应的效率和选择性，但目前还没有找到理想的催化剂。

此外，等离子体光催化技术还需要解决能源消耗和环境影响等方面的问题。

等离子体光催化是一种具有巨大潜力的新兴技术。

通过充分发挥等离子体和光催化的优势，可以实现更高效、更环保的催化反应。

然而，该技术还面临着一些挑战和问题，需要进一步的研究和改进。

相信在不久的将来，等离子体光催化技术将在环境治理、能源转换等领域发挥重要作用。

纳米材料在光催化氧气生成中的应用随着人们对环境保护意识的增强，对可持续能源的需求也日益增长。

光催化氧气生成作为一种绿色环保的方式，正受到越来越多的关注。

纳米材料作为光催化氧气生成的重要组成部分，由于其特殊的物理、化学性质，被广泛应用于这一领域。

本文将探讨纳米材料在光催化氧气生成中的应用，并着重介绍了纳米光催化剂和纳米载体的研究进展。

一、纳米光催化剂在光催化氧气生成中的应用纳米光催化剂是指具有较小尺寸的光催化剂，其尺寸一般在纳米级别。

纳米材料的尺寸效应和表面效应使得其具有优异的光催化性能，常用的纳米光催化剂主要包括金纳米颗粒、二氧化钛纳米晶等。

金纳米颗粒是一种常见的纳米光催化剂，其表面等离子体共振效应可以显著增强吸光能力，进而提高光催化反应效率。

研究表明，金纳米颗粒在可见光下可以吸收光能，将光能转化为电子激发，促进氧气在水中的光解反应，从而实现光催化氧气生成。

二氧化钛纳米晶是另一种常用的纳米光催化剂，其带隙较大，具有较高的光催化活性。

通过调控二氧化钛纳米晶的晶型和尺寸，可以进一步提高其吸光能力和光催化效率。

此外，二氧化钛纳米晶还具有较高的稳定性和可重复使用性，使得其在工业化应用中具备潜力。

二、纳米载体在光催化氧气生成中的应用除了纳米光催化剂，纳米载体也是光催化氧气生成中不可或缺的组成部分。

纳米载体可以有效提高光催化剂的分散性和稳定性，增强光催化反应的效果，并且可以实现对反应过程的有效控制。

常见的纳米载体材料包括二氧化硅、碳纳米管等。

二氧化硅作为一种常用的纳米载体，具有良好的光学性质和稳定性。

通过调控二氧化硅的孔径和介孔结构，可以实现光催化剂的高负载和高催化活性。

碳纳米管作为一种具有优异导电性和光学特性的纳米载体，可以促进电子传输和光吸收，从而提高光催化反应效率。

三、纳米材料在光催化氧气生成中的挑战与展望虽然纳米材料在光催化氧气生成中具有广阔的应用前景，但仍然面临一些挑战。

首先，纳米材料的制备和表征需要复杂的工艺和设备，增加了生产成本和实验条件的要求。

表面等离子体共振的共振波长-概述说明以及解释1.引言1.1 概述表面等离子体共振是一种在纳米尺度上发生的现象，它在光学和电磁学领域具有重要意义。

表面等离子体共振可以简单地理解为，当光波与金属或半导体等材料界面上的自由电子相互作用时，会引起电子在表面上的集体振荡。

这种振荡在特定波长下达到最大，即共振波长，这是表面等离子体共振的现象。

表面等离子体共振现象由于其特殊的光学性质，在各个领域均有重要的应用。

在生物传感器中，表面等离子体共振可以用来检测微生物的存在并进行分析。

在纳米光子学领域，表面等离子体共振可以用来增强光与物质的相互作用，从而提高光学器件的性能。

在太阳能电池中，表面等离子体共振可以提高光吸收效率，从而增加光电转化效率。

此外，表面等离子体共振还可以用于光子集成电路、图像传感和信息存储等领域。

本文将重点介绍表面等离子体共振的共振波长及其产生机制。

通过深入了解共振波长的特性和调节机制，我们可以更好地应用表面等离子体共振现象，并在各个领域中取得更大的突破和进展。

综上所述，本文旨在全面介绍表面等离子体共振的共振波长，通过对其概念和产生机制的研究，探讨其在各个领域中的应用前景。

最后，我们将总结表面等离子体共振的重要特性，并展望其在未来的发展趋势。

文章结构的目的是为了帮助读者更好地理解和组织文章的内容。

通过清晰的结构，读者可以更容易地跟随文章的思路和逻辑。

本文的文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 表面等离子体共振的概念2.2 表面等离子体共振的产生机制3. 结论3.1 表面等离子体共振的应用前景3.2 总结文章结构部分主要起到向读者介绍整篇文章的组织框架和目的的作用。

通过明确列出各个章节的标题和内容大致涵盖的内容，读者可以更好地了解接下来的文章会包含哪些方面的知识，并有助于从整体上把握文章的思路和结构。

文章结构的呈现方式可以采用类似上述的列表形式，清晰明了地展示出不同章节的层次关系。

表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。

1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。

后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。

由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。

1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。

等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。

当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。

对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。

金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。

这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。

纳米材料在光催化领域的应用研究进展引言：光催化技术是一种将光能转化为化学能的方法，具有环境友好、高效能和可持续发展等特点。

随着纳米材料技术的快速发展，纳米材料在光催化领域的应用引起了广泛的关注。

本文将回顾近年来纳米材料在光催化领域的应用研究进展，总结其优点和挑战，并展望未来的发展方向。

一、纳米材料的种类及其应用纳米材料是指具有在纳米尺度（一般认为小于100纳米）上特殊性质的材料。

在光催化领域中，常用的纳米材料包括金属纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒和复合纳米材料等。

1. 金属纳米颗粒金属纳米颗粒由于其表面等离子共振现象以及局域表面等离子体共振效应，具有优异的光催化性能。

例如，纳米银颗粒在可见光下表现出良好的光催化活性，可用于有机污染物降解、水分解产氢等方面的应用。

2. 二氧化钛纳米颗粒二氧化钛是一种重要的半导体材料，其纳米颗粒具有高比表面积和光吸收性能，因此在光催化领域具有广泛的应用。

研究表明，二氧化钛纳米颗粒在紫外光照射下可以光解水制氢，还可以用于有机污染物的光催化降解、空气净化和自清洁材料等方面。

3. 复合纳米材料复合纳米材料由两种或多种不同的纳米材料通过特定的方法组装而成，将各种纳米材料的特点相结合，以实现更好的光催化性能。

例如，将金属纳米颗粒与二氧化钛纳米颗粒复合可有效提高光催化活性，广泛用于有机污染物降解等领域。

二、纳米材料在光催化领域的优点纳米材料在光催化领域具有许多优点，这些优点使其成为理想的光催化剂。

1. 高比表面积纳米材料的特点之一是其比表面积大大增加。

由于其纳米尺度的特殊结构，纳米材料具有更多的表面活性位点，使光催化反应更易进行。

2. 增加光吸收能力纳米材料由于其小粒径的特性，能够表现出更好的光吸收能力。

这使得纳米材料在可见光下具有较高的光催化活性，相对于传统的光催化材料具有更广泛的应用前景。

3. 提高光催化效率由于纳米材料的特殊性质，比如电子和能量传输的方便性，纳米材料能够提高光催化反应的效率。

光催化金属种类在光催化领域，金属催化剂是一类非常重要的研究对象。

金属催化剂通过吸收光能，将其转化为化学能，从而促进光催化反应的进行。

不同金属具有不同的催化性能，下面我将介绍几种常见的光催化金属种类。

第一种金属是银（Ag）。

银是一种优良的光催化剂，具有广泛的应用潜力。

银的表面等离子体共振（SPR）效应使其能够吸收可见光，并将光能转化为电子能。

这些激发的电子可以参与光催化反应，从而提高反应速率和效率。

第二种金属是钛（Ti）。

钛是一种常见的光催化剂，广泛应用于光催化水分解和有机物降解等领域。

钛的能带结构使其能够吸收紫外光，并将其转化为化学能。

此外，钛还具有良好的光稳定性和化学稳定性，使其成为理想的光催化剂。

第三种金属是铜（Cu）。

铜是一种具有良好催化性能的金属，在光催化领域也有着广泛的应用。

铜的表面等离子体共振效应和光生电子-空穴对的产生，使其能够吸收可见光并促进光催化反应。

此外，铜还具有较低的成本和丰富的资源，使其具备了广阔的应用前景。

第四种金属是铁（Fe）。

铁是一种重要的光催化剂，广泛用于水分解、有机物降解和二氧化碳还原等反应中。

铁的能带结构使其能够吸收可见光，并参与光催化反应。

此外，铁还具有较低的成本和良好的稳定性，使其成为一种具有潜力的光催化金属。

除了以上提到的金属，还有许多其他金属也被用作光催化剂，如铂（Pt）、镍（Ni）、钯（Pd）等。

每种金属都具有不同的催化性能和应用领域，因此在选择光催化金属时需要根据具体应用需求进行选择。

总结一下，光催化金属种类繁多，每种金属都具有不同的催化性能和应用特点。

通过合理选择金属催化剂，可以提高光催化反应的效率和效果，为解决能源和环境问题提供新的思路和方法。

希望未来能有更多的研究和创新，推动光催化领域的发展。

光催化中表面等离子体与半导体间的电子转移与能量转移吴世康【摘要】近年来,表面等离子诱导的光催化反应由于可在阳光激发下通过电子转移、电荷分离进行选择性光氧化还原反应,引起了有机化学与环境科学界的广泛关注.本文在近年有关文献的基础上对等离子光催化领域一些基础性问题进行探讨,如贵金属-纳米颗粒的可见光激发、LSPR的生成、贵金属与半导体材料间的电子转移、贵金属纳米颗粒与半导体间的等离子诱导共振能量转移(PIRET),以及等离子光催化体系的结构和组成等,这些方面对体系光催化能力的影响.%Recently,the plasmon-induced surface photo-catalytic reaction attracts more and more attention in the area of organic chemistry and the environmental sciences,because it can improve the photo-oxidation and reduction andthe selectivity of reaction by electron-transfer and energy-transfer processes under excitation of sun-light.Some fundamental problems in the field of plasmon photo-catalyst have been discussed in this paper on the base of the recent international literatures.The discussed topics include:the LSPR formation under excitation of noble-metallic nano-particles by visible light and the electron-transfer between noble-metal and semi-conductor;the plasmon induced resonance energy transfer (PIRET) between plasmon particle and semiconductor;and the effect of structure and components of plasmon catalyst on the catalytic ability of catalysts.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】13页(P1-13)【关键词】局域的等离子共振(LSPR);等离子光催化;电子转移;等离子诱导的共振能量转移(PIRET);二氧化钛【作者】吴世康【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190【正文语种】中文纳米尺寸的等离子体可特征性地导致入射光的局域和浓缩，从而形成一类新型的光源、热源、载流子源等，这种特征使近年来对等离子的研究取得了巨大的进展[1]。

等离子体光催化材料2016-04-26 13:42来源：内江洛伯材料科技有限公司作者：研发部等离子体光催化材料由于表面等离共振( SPＲ) 效应，贵金属纳米粒子( Ag，Au，Pt) 具有很强的可见光吸收能力，能够与半导体复合形成表面等离子体光催化材料。

通常，等离子光催化过程可描述为金属纳米粒子在吸收光后其表面发生等离共振，随后等离子体发生衰减，把聚集的能量转移到半导体材料的导带。

这个过程产生的高能电子( 热电子) ，逃离贵金属纳米粒子而被与其接触的半导体收集，从而形成金属-半导体肖特基接触。

目前实验上已合成和表征了许多具有可见光活性的等离子体光催化材料，如 Ag-Ti O2、Au-Ti O2和 Au-Ce O2等离子体光催化体系。

众所周知，卤化银在吸收光子之后产生的电子易被 Ag+所捕获，从而将其还原为 Ag 原子，因此在光照下极不稳定。

然而，Huang 课题组发现制备的 Ag-Ag Cl 体系却具有稳定、高效的可见光等离子体光催化性能，随后制备研究了一系列 Ag-Ag X( X = Cl，Br，I) 等离子体光催化体系。

这一发现引发了人们对该体系光催化性能研究的热潮，为开发新型光催化材料提供了一条新的途径。

研究认为，由于 Ag 纳米粒子与 Ag X 之间的良好接触，促使光生载流子在界面处发生有效分离，同时沉积在 Ag X 上 Ag纳米粒子的表面等离共振效应使该材料在宽可见光区域显示出稳定、很强的光催化活性。

Ag-Ag Cl 的光吸收谱和有机物降解的实验结果，显示了可见光降解 MO 的效率为 N-Ti O2的 8 倍，以及该体系很好的稳定性。

进一步的实验和理论研究表明等离子光催化材料的尺寸和形貌对其光催化性能具有很大影响，因此人们又进一步研究了各种形貌的等离子体光催化材料，包括立方、纳米球和纳米线等结构，使得其光催化性能得到进一步提高。

Dai 课题组的理论研究发现Ag Cl 空穴有效质量的大小明显依赖于迁移方向，而 Ag 的 4d 轨道在晶体场中的劈裂是导致 Ag Cl空穴有效质量大和迁移能力低的原因，研究结果很好地解释了 Ag-Ag Cl 体系的光催化活性依赖于纳米粒子形貌的性质。