金纳米杯/二硫化钼异质结中等离激元能量传输优化研究及其光催化应用

Due to the excellent photoelectric conversion properties, plasmonic metal-semiconductor hetero-nanomaterials show great potential in the field of photocatalytic energy conversion. However, the transmission loss of plasmonic energy in heterostructures limits their photocatalytic performances. In this project, we plan to construct Au nanocup/MoS2 heterostructures with electric and magnetic plasmon resonance. The plasmonic three-dimensional nanocavity of Au nanocups is used to reduce the energy loss in the heterostructures. At the same time, the efficient coupling of plasmon magnetic and electric mode between Au and MoS2 are used to enhance the transmission efficiency of plasmonic energy in the heterostructures. Then, the underlying physical mechanism is revealed by theoretical simulation. Furthermore, the plasmon-enhanced photocatalytic hydrogen production activity of Au nanocup/MoS2 nanomaterials are investigated. The successful implementation of this project will help to further enrich the physics theory of plasmonic energy transfer in heterostructures, and can provide reference for designing new energy materials.

基于等离激元的金属-半导体异质纳米材料具有出色光电转换特性，在光催化能源转换领域展现出巨大的应用潜力。然而，金属-半导体异质结构中等离激元能量传输损耗限制了其光催化表现。本项目提出构建具有等离激元电与磁双模式共振的金纳米杯/MoS2异质纳米结构，利用金纳米杯的三维纳米腔减小异质结构中等离激元能量的耗散；同时利用金纳米杯和MoS2两种等离激元的电与磁双模式共振耦合提升异质结构中等离激元能量的传输效率，并结合理论模拟阐明其物理机制。最后研究金纳米杯/MoS2异质结构的光催化活性，实现金属和非金属离激元的电与磁双模式共振耦合提升异质纳米材料的光催化产氢速率。本项目的顺利实施不仅有助于进一步丰富异质结构中等离激元能量传输的物理理论，而且能够为设计基于等离激元的新能源材料提供参考。

基于等离激元的金属-半导体异质纳米材料在光催化能源转换领域展现出巨大的应用潜力，但是此类异质结构中等离激元能量传输效率低、损耗大极大的限制了其光催化表现。本项目中，我们利用化学方法成功构建具有等离激元多模式、多间隙耦合的金属-半导体光催化剂，如Au/CuSe/Pt、间隙可调的（Au/AgAu）@CdS、等离激元修饰的WO3表面相结等结构。由于三维纳米腔、等离激元多间隙耦合、等离激元磁与电模式耦合、内建电场等物理效应，此类结构中的等离激元能量的传输效率大大提升并且展现出非常优秀的光催化产氢气活性，重要的是在可见和近红外区间都有较高的表观量子效率。理论和超快光学实验研究表明等离激元诱导的热电子传输加快效率增加，是光催化增强的主要物理因素。本项目的研究结果不仅有助于进一步丰富异质结构中等离激元能量传输的物理理论，而且能够为设计新型光电功能材料提供参考。