各向异性金属纳米结构特征SPR模式等离激元电势效应研究

Investigaing the plasmoelectric potential effect in metal nanostructures and its application on photocatalysis can provide insight for optimization of structure design and clarification of catalytic mechanism, which is of significant importance for improving the catalytic efficiency. Most of the research about plasmoelectric potential effect focuses on spherical systems at present time. However, nanospheres exhibit very simple SPR modes while anisotropic metal nanostructures are more popular in photocatalysis, displaying more complicated modes. Hence, it is essential to be able to elucidate the specific contribution of different SPR modes to the plasmoelectric potential generation in anisotropic nanostructures. Through a multi-platform "in-situ" testing method, this project is committed to launch an systematic research on the plasmoelectric potential effect of typical anisotropic metal nanostructures from both theoretical and experimental aspects. The competitive and cooperative mechanism of different SPR modes in the generation of plasmoelectric potential as well as the effect of coupled SPR modes on plasmoelectric potential will be explored. We will further apply the obtained knowledge on the plasmoelectric potential effect to the photocatalysis fields aiming to enhance the catalytic efficiency. This study will be of great importance in constructing effective new-type photocatalysis system and finding new applications for plasmoelectric potential.

探索金属纳米结构中等离激元电势效应及其在光催化过程中的作用，在此基础上优化结构设计，认知催化机理，对于光催化效率的有效提升具有重要的意义。目前大多数关于等离激元电势的研究集中在球形纳米粒子体系，但是由于球形粒子的SPR可调性较差，而在光催化研究中各向异性金属纳米结构更为普遍，这些结构支持更丰富和复杂的SPR模式，因此厘清结构中各种SPR模式对等离激元电势产生机理的贡献就成为亟待解决的问题。本项目拟通过多测试平台联用的“原位”方法，对典型各向异性金属纳米结构的等离激元电势从理论和实验两个方面开展系统的研究。探索不同SPR模式在等离激元电势产生过程中的协同和竞争机制，以及SPR耦合模式对等离激元电势的影响，并将各向异性金属纳米结构中等离激元电势产生机理应用到光催化等领域。该研究对有效拓展等离激元电势的适用范围，构建高效的新型光催化体系具有重要意义。

对各向异性金属微纳结构的特征SPR模式的等离激元电势开展研究，对于拓展等离激元电势的适用范围是亟待解决的问题；而发展新型的纳米制备工艺，对于基于等离激元电势的光催化研究同样具有重要意义。在项目执行期间，我们针对纳米棒及纳米球二聚体的等离激元电势效应开展了研究，并发展了一种新型的低成本、大面积高均一度的纳米结构制备工艺。课题取得的主要创新性成果包括：（1）对等离激元电势理论进行拓展，使其应用于各向异性结构。（2）实验上对金纳米棒及金纳米二聚体开展了等离激元电势的原位研究，探索了波长扫描、强度、偏振等因素对电势产生的影响。（3）发展了一种新型的等离激元结构制备工艺，能够大面积、低成本、高均一度制备包括各向异性结构在内的金属、半导体微纳结构，并对其光学性质进行了表征。相关研究成果深化了研究者对各向异性金属结构中等离激元电势产生机理的理解，并为其在光催化的应用方面打好了基础。关于各向异性金属结构中的等离激元电势以及纳米制备工艺的研究均为等离激元光子学领域内具有影响的原创性成果。两年时间，项目组成员发表了高质量研究论文一篇（影响因子9.965），另外一篇正在返修阶段。